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UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
Disertación previa a la obtención del título de Ingeniero Civil
Diseño estructural de un pavimento permeable mediante la relación de vacíos y
su aplicación al drenaje vial
Autor: José Enrique Nazareno Suárez
Director: Ing. Msc. Byron Morales Muñoz
Quito, octubre de 2014
ii
iii
iv
v
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a aquellas personas
Que han sido mi fortaleza e impulso en
Los momentos de derrota, a quienes
Sostuvieron mi mano y guiaron mi camino
En épocas de oscuridad, a quien me miro
A los ojos y levanto la voz, cuando
Me negaba a escuchar un consejo,
A quienes siempre están ahí para reír
Y llorar… Para ellos… mi familia y amigos,
Pues este trabajo es más de ellos que mío.
Gracias.
José Enrique Nazareno S.
vi
AGRADECIMIENTO
En primer lugar a Dios por haberme dado la fuerza necesaria para poder culminar
con éxito esta etapa de mi vida; en segundo lugar a cada uno de los que son parte
de mi vida, mi familia, en especial a mis dos mamás, Norma e Irma quienes a lo largo
de toda mi existencia han apoyado y motivado mi formación académica, creyeron en
mí en todo momento y no dudaron de mis habilidades.
A mi esposa e hijos Camilita Belén y Luisito Enrique, porque son mi motor para ser
mejor persona cada día.
Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto de todos ellos, mi familia, mis
amigos, mi director de tesis, a mí estimado amigo y guía… Mi jefe y quienes a lo
largo de este tiempo han puesto a prueba sus capacidades y conocimientos en el
desarrollo de este proyecto.
A mis profesores a quienes les debo gran parte de mis conocimientos, gracias a su
paciencia y enseñanza y finalmente un eterno agradecimiento a esta prestigiosa
universidad la cual abrió y abre sus puertas a jóvenes como nosotros, preparándonos
para un futuro competitivo y formándonos como personas de bien.
¡Lo logramos!...
…Aunque cruce por oscuras quebradas, no temeré ningún mal, porque tú estás
conmigo: tu vara y tu bastón me infunden confianza... (Salmo 23,4)
vii
INDICE
HOJA DE PRESENTACION DEL TEMA DE TESIS .... ¡Error! Marcador no definido.
APROBACION DEL TUTOR ........................................ ¡Error! Marcador no definido.
AUTORIA DEL TRABAJO DE INVESTIGACION ......... ¡Error! Marcador no definido.
DEDICATORIA ............................................................................................................. v
AGRADECIMIENTO .................................................................................................... vi
INDICE ....................................................................................................................... vii
RESUMEN .............................................................................................................. xviii
INTRODUCCION ...................................................................................................... xix
CAPITULO I .............................................................................................................. 21
1.1 PLANTEAMIENTO, FORMULACION, SISTEMATIZACION Y DESCRIPCION
DEL PROBLEMA. ..................................................................................................... 21
1.2 JUSTIFICACION ................................................................................................. 22
1.3 OBJETIVOS: GENERAL Y ESPECÍFICO ........................................................... 23
1.3.1 Objetivo General .............................................................................................. 23
1.3.2 Objetivos Específicos ....................................................................................... 23
CAPITULO II ............................................................................................................. 24
2. MARCO CONCEPTUAL Y TEORICO ................................................................... 24
2.1 MARCO CONCEPTUAL...................................................................................... 24
2.2 MARCO TEORICO .............................................................................................. 27
2.2.1 DEFINICION, FUNCION Y CARACTERISTICAS DE UN PAVIMENTO .......... 30
2.2.2 ELEMENTOS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE, SU FUNCION Y
CARACTERISTICAS ................................................................................................. 31
viii
2.2.2.1 La carpeta ..................................................................................................... 31
a) Material Bituminoso ............................................................................................... 31
b) Agregados Pétreos ............................................................................................... 32
2.2.2.2 La base .......................................................................................................... 32
a) Materiales .............................................................................................................. 32
2.2.2.3 La subbase .................................................................................................... 33
a) Materiales .............................................................................................................. 34
2.2.2.3 La subrasante ................................................................................................ 34
a) Materiales .............................................................................................................. 35
2.2.3 DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS ............................................................. 36
2.2.3.1 Características técnicas del asfalto ............................................................... 36
2.2.3.2 Estudio y Análisis realizado ........................................................................... 37
2.2.4 LABORATORIO DE PAVIMENTOS Y PRUEBAS REALIZADAS .................... 39
2.2.4.1 Ensayo de Penetración ................................................................................. 39
2.2.4.2 Ensayo de Ductilidad ..................................................................................... 39
2.2.4.3 Ensayo de Viscosidad ................................................................................... 40
2.2.4.4 Ensayo de Punto de Inflamación ................................................................... 40
2.2.4.5 Ensayo de Densidad Relativa ....................................................................... 40
2.2.4.6 Ensayo de Peso Específico ........................................................................... 41
2.2.4.7 Ensayo de Pérdida de masa por calentamiento ............................................ 41
2.2.4.8 Referencias Normativas ................................................................................ 42
2.2.5 PAVIMENTOS PERMEABLES ......................................................................... 43
2.2.5.1 Antecedentes ................................................................................................ 43
2.2.5.2 Descripción .................................................................................................... 44
ix
2.2.5.3 Diseño estructural ......................................................................................... 46
2.2.5.4 Capas Inferiores ............................................................................................ 47
2.2.5.5 Ventajas de la mezclas drenantes ................................................................. 49
a) Eliminación del hidroplaneo .................................................................................. 49
b) Resistencia al deslizamiento con pavimento mojado ............................................ 49
c) Reducción de las proyecciones de agua ............................................................... 49
d) Reducción del ruido al paso del vehículo .............................................................. 49
2.2.5.6 Desventajas de la mezclas drenantes ........................................................... 50
a) Mayor costo inicial ................................................................................................. 50
b) Diseño geométrico riguroso .................................................................................. 50
c) Drenaje lateral ....................................................................................................... 50
d) Pérdida de drenabilidad ........................................................................................ 50
2.2.5.7 Consideraciones generales para el diseño de pavimentos porosos .............. 51
2.2.5.8 Descripción de los métodos de diseños ........................................................ 53
a) Método Bruce Marshall ......................................................................................... 53
b) Método Cántabro .................................................................................................. 54
2.2.5.9 Mantenimiento del pavimento permeable ...................................................... 58
2.2.5.10 Medidas para conservar la permeabilidad ................................................... 58
2.2.5.11 Filler ............................................................................................................. 59
2.2.6 METODO CONSTRUCTIVO ............................................................................ 61
2.2.6.1 Parámetros de diseño de la muestra ............................................................. 62
a) Asfalto ................................................................................................................... 62
b) Mezcla Drenante ................................................................................................... 62
c) Formula Ideal ........................................................................................................ 63
x
2.2.7 DRENAJE VIAL ................................................................................................ 64
2.2.7.1 Efectos del agua sobre el pavimento............................................................. 65
2.2.7.2 Consideraciones de drenaje en el diseño de pavimento ............................... 66
a) Zanjas drenantes .................................................................................................. 67
b) Ubicación .............................................................................................................. 68
c) Filtros y materiales drenantes ............................................................................... 69
d) Tubería drenante ................................................................................................... 69
e) Subdrenes 100% sintéticos ................................................................................... 69
2.2.7.3 Construcción ................................................................................................ 70
a) Precauciones para evitar la colmatación en ela fase de construcción .................. 70
b) Control de dimensiones......................................................................................... 71
c) Control de calidad de materiales ........................................................................... 71
d) Transporte de la mezcla ........................................................................................ 72
e) Extensión de la mezcla ......................................................................................... 72
f) Juntas transversales y longitudinales ..................................................................... 73
g) Limpieza ................................................................................................................ 73
h) Conductividad hidráulica relativa ........................................................................... 74
2.2.7.4 Mantenimiento de los pavimentos drenantes ............................................... 75
2.3 FUNDAMENTACION LEGAL .............................................................................. 77
2.3.1 PARAMETROS PARA EL DISEÑO ................................................................. 78
2.3.2 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL ............................................................... 78
2.3.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS MATERIALES ......................................... 79
2.3.3.1 Fracción Granular Gruesa ............................................................................. 79
2.3.3.2 Fracción Granular Fina .................................................................................. 80
xi
2.3.4 ELABORACION DE BRIQUETAS .................................................................... 81
2.3.5 PRUEBA DE ESTABILIDAD Y FLUJO ............................................................. 82
2.3.6 ANALISIS DE DENSIDAD Y VACIOS .............................................................. 82
2.3.6.1 Porcentaje en volumen de los agregados ..................................................... 83
2.3.6.2 Porcentaje total de vacíos ............................................................................. 84
2.3.6.3 Porcentaje de vacíos en los agregados minerales ........................................ 84
2.3.6.4 Volumen efectivo de asfalto .......................................................................... 84
CAPITULO III ............................................................................................................ 85
3. METODOLOGIA Y TIPO DE INVESTIGACION .................................................... 85
3.1 TIPO DE INVESTIGACION ................................................................................. 85
3.2 POBLACION Y MUESTRA .................................................................................. 85
3.3 TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS ..................... 86
3.4 UBICACIÓN DE MINA......................................................................................... 87
3.5 ENSAYOS Y DISEÑO DE PAVIMENTO POROSO ............................................ 88
3.5.1 GRANULOMETRIA DE ARIDOS ..................................................................... 88
3.5.1.1 Fracción Granular Gruesa Muestra (M-1) ...................................................... 88
3.5.1.2 Fracción Granular Gruesa Media Muestra (M-2) ........................................... 90
3.5.1.3 Fracción Granular FINA Muestra (M-3) ......................................................... 92
3.5.2 GRAVEDAD ESPECIFICA ............................................................................... 94
3.5.2.1 Gravedad Especifica Muestra Gruesa (M-1) ................................................. 94
3.5.2.2 Gravedad Especifica Muestra Media (M-2) ................................................... 95
3.5.2.3 Gravedad Especifica Muestra Fina (M-3) ...................................................... 96
3.5.3 GRAVEDAD ESPECIFICA MEZCLA ASFALTICA ........................................... 97
3.5.4 GRAVEDAD ESPECIFICA RICE MEZCLA ASFALTICA.................................. 98
xii
3.5.5 METODO MARSHALL ..................................................................................... 99
3.5.6 ENSAYO DE CANTABRO .............................................................................. 103
3.5.7 ENSAYO DE CANTABRO HUMEDO ............................................................. 104
3.5.8 ENSAYO DE PERMEABILIDAD .................................................................... 105
3.5.9 ENSAYO DE PELADURA .............................................................................. 106
3.6 ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................... 107
3.6.1 FORMULA IDEAL .......................................................................................... 107
3.6.1.1 Agregados ................................................................................................... 107
3.6.1.2 Porcentaje de Asfalto .................................................................................. 109
3.6.1.3 Porcentajes óptimos de la fórmula ideal ...................................................... 110
CAPITULO IV .......................................................................................................... 111
4. ANALISIS DE COSTOS ...................................................................................... 111
4.1 ANALISIS DE COSTO BENEFICIO .................................................................. 113
4.1.1 PAVIMENTO NORMAL .................................................................................. 113
4.1.2 PAVIMENTO POROSO.................................................................................. 113
4.1.3 ANALISIS COMPARATIVO ............................................................................ 113
CAPITULO V ........................................................................................................... 115
5.1 CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES ....................................................... 115
5.1.1 CONCLUSIONES ........................................................................................... 115
5.1.2 RECOMENDACIONES .................................................................................. 117
5.2 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 119
5.3 ANEXOS ........................................................................................................... 121
5.3.1 NORMA NLT-327/00 ...................................................................................... 121
5.3.2 NORMA NLT-352/86 ...................................................................................... 124
xiii
5.3.3 NORMA NLT-362/92 ...................................................................................... 126
5.3.4 NORMA NLT-365/93 ...................................................................................... 129
5.3.5 NORMA NLT-166/92 ...................................................................................... 132
5.3.6 HISTORIAL FOTOGRAFICO ......................................................................... 135
xiv
INDICE DE FOTOGRAFIAS, GRAFICOS
Gráfico 2.1: Diseño de Estructural Pavimento Permeable .........................................45
Fuente: Instituto Nacional de Vías de Colombia ........................................................45
Gráfico 2.2: Diseño de Estructural Pavimento Permeable .........................................48
Fuente: Diseño Moderno de Pavimentos asfalticos ...................................................48
Gráfico 2.3: Zanja Drenante Longitudinal ...................................................................68
Fuente: Control de escorrentías urbanas ...................................................................68
Gráfico 3.1: Ensayo Marshall .....................................................................................83
Fotografía 3.0: Ubicación Mina El Colibrí ...................................................................87
Gráfico 3.1: Curva Granulométrica Agregado Grueso. ...............................................89
Gráfico 3.2: Curva Granulométrica Agregado Grueso Medio. ....................................91
Gráfico 3.3: Curva Granulométrica Agregado Fino. ...................................................93
Gráfico 3.2: Peso Unitario vs % de Asfalto ...............................................................100
Gráfico 3.3: % de Vacíos vs % de Asfalto ................................................................100
Gráfico 3.4: Estabilidad vs % de Asfalto ...................................................................101
Gráfico 3.5: VAM vs % de Asfalto ............................................................................101
Gráfico 3.6: Flujo vs % de Asfalto ............................................................................102
Gráfico 4.1: Curva Granulométrica Mezcla Asfáltica ................................................108
Gráfico 4.2: Peso Unitario vs % de Asfalto ...............................................................109
Gráfico 4.3: Pavimento Normal vs Pavimento Poroso ..............................................114
Fotografía 3.1: Juego de tamices .............................................................................135
Fotografía 3.2: Agregado a utilizarse .......................................................................135
Fotografía 3.3: Agregados secados en horno ..........................................................136
Fotografía 3.4: Pesado de materiales ......................................................................136
xv
Fotografía 3.5: Equipo utilizado para Gravedades Especificas ................................137
Fotografía 3.6: Peso de muestra sumergida ............................................................137
Fotografía 3.6: Peso de muestra sumergida ............................................................138
Fotografía 3.7: Muestras para Briquetas ..................................................................138
Fotografía 3.8: Muestra Caliente para elaboración Briquetas ..................................139
Fotografía 3.9: Agregados a temperatura constante para elaboración Briquetas ....139
Fotografía 3.10: Mezcla de agregados para elaboración Briquetas .........................140
Fotografía 3.11: Briquetas elaboradas al 3% de contenido de asfalto .....................140
Fotografía 3.12: Peso de Briquetas con diferentes contenidos de asfalto................141
xvi
INDICE DE TABLAS
Tabla 2.0: Normas para Mezclas Asfálticas .............................................................. 42
Fuente: MOP-001-F-2002 ......................................................................................... 42
Tabla 2.0.1: Normas para Mezclas Asfálticas ........................................................... 43
Fuente: MOP-001-F-2002 ......................................................................................... 43
Tabla 2.1: Husos Granulométricos para Mezclas Asfálticas ..................................... 56
Drenantes de la Normativa Española. ....................................................................... 56
Fuente: Norma NLT-352/86....................................................................................... 56
Tabla 2.2: Tiempos de Drenaje de la ASSHTO. ........................................................ 67
Fuente: Manual ASSHTO, 1993 ................................................................................ 67
Tabla 2.3: Coeficientes de Corrección. ..................................................................... 75
Fuente: Comisión Permanente del Asfalto, 2005 ...................................................... 75
Tabla 3.1: Parámetros de diseño para calificar la Emulsión asfáltica. ....................... 78
Fuente: Normas ASSHTO, ASTM e INEN................................................................. 78
Tabla 3.2: Granulometría Agregado Grueso. ............................................................ 88
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 88
Tabla 3.3: Granulometría Agregado Grueso Medio. .................................................. 90
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 90
Tabla 3.4: Granulometría Agregado Fino. ................................................................. 92
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 92
Tabla 3.5: Gravedad Específica Agregado Grueso ................................................... 94
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 94
Tabla 3.6: Gravedad Específica Agregado Medio ..................................................... 95
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 95
xvii
Tabla 3.7: Gravedad Específica Agregado Fino ........................................................ 96
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 96
Tabla 3.8: Gravedad Específica Mezcla Asfáltica ..................................................... 97
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 97
Tabla 3.9: RICE Mezcla Asfáltica .............................................................................. 98
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 98
Tabla 3.10: MARSHALL Mezcla Asfáltica ................................................................. 99
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................... 99
Tabla 3.11: Ensayo Cántabro Mezcla Asfáltica ....................................................... 103
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 103
Tabla 3.12: Ensayo Cántabro Húmedo Mezcla Asfáltica ........................................ 104
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 104
Tabla 3.13: Ensayo Permeabilidad Mezcla Asfáltica ............................................... 105
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 105
Tabla 3.14: Ensayo Peladura Mezcla Asfáltica ....................................................... 106
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 106
Tabla 4.10: Granulometría Mezcla Asfáltica ............................................................ 108
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 108
Tabla 4.2: Fórmula Maestra Mezcla Asfáltica.......................................................... 110
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 110
Tabla 4.3: Análisis Comparativo .............................................................................. 113
Fuente: José Enrique Nazareno. ............................................................................. 113
xviii
RESUMEN
Las mezclas drenantes o porosas necesitan de otro tipo de diseño, este método debe
ayudar a poder determinar el desempeño que la mezcla tendrá puesta en campo. Se
parte de la característica principal de estas mezclas, la cual es su alto contenido de
huecos o vacíos (20 – 25%) que permiten que el agua drene a través de ella, por lo
que la condición principal que debe cumplir es su resistencia a la disgregación con el
mayor porcentaje de vacíos posible.
Este trabajo pretende iniciar la investigación de nuevas tecnologías en el campo de
las vías, específicamente en el diseño de pavimentos con mezclas asfálticas.
El diseño estará basado en el ensayo Cántabro, el cual utiliza la máquina de los
ángeles para someter probetas Marshall y simular las condiciones de abrasión del
tráfico. Se determina el contenido de ligante que sea capaz de mantener una
cohesión que no permita el fácil desprendimiento de las partículas con el máximo
contenido de huecos posible.
El diseño de la mezcla porosa se basa fundamentalmente en dos criterios:
resistencia a la disgregación y permeabilidad. Normalmente para evitar la
disgregación de una mezcla se debe aumentar el contenido de finos y ligante, pero,
por otra parte si se desea aumentar la permeabilidad y porosidad se tendrá que
incrementar el porcentaje de gruesos y reducir la fracción fina. El diseño de la mezcla
drenante buscara entonces solucionar esta problemática logrando el máximo
contenido de vacíos posible compatible, con una buena resistencia al tráfico, sin
disgregar, mediante el uso de los áridos y el asfalto de mejor calidad, una
granulometría especial en un laboratorio adecuado.
xix
INTRODUCCION
El pavimento permeable es un tipo especial de pavimento que se caracteriza
principalmente por la carencia del contenido de agregado fino, logrando una
configuración en su estructura que permite ciertas ventajas de funcionalidad como
son la resistencia y permeabilidad, frente a un pavimento convencional.
El asfalto poroso es mezclado en las plantas convencionales, pero agregado fino se
omite de la mezcla. Las partículas restantes grandes, del tamaño de un solo
agregado dejan huecos abiertos que dan al material su porosidad y permeabilidad.
Bajo la superficie de asfalto poroso es una capa de base de más agregado de
tamaño único que actúa como un depósito donde el agua puede dejarse evaporar y/o
filtrarse lentamente en los suelos de sonido envolvente. Superficies de asfalto
poroso, llamados cursos de fricción de granulometría abierta, estás se utiliza en las
carreteras para mejorar la seguridad de conducción mediante la eliminación de agua
de la superficie.
El concreto poroso aplicado como pavimento permeable ha adquirido una gran
atención en la última década debido a que el calentamiento global está provocando
sequías en muchos países a nivel mundial, obligando a impulsar en los países,
medidas de conservación del agua y de esta manera implementando sistemas
sostenibles en las ciudades, donde los pavimentos permeables se ajustan muy bien
a estas iniciativas por ser muy beneficiosos; y ayudan a construir ciudades
sostenibles porque permiten el tratamiento de las aguas superficiales de lluvia,
infiltrando esta agua al subsuelo, recargando los acuíferos o almacenando estas
aguas en depósitos para luego utilizarlas en parques, inodoros de las viviendas,
como agua industrial, etc. los pavimentos permeables pueden ser de asfalto,
concreto y de adoquines.
El trabajo de investigación aborda el estudio del concreto poroso o permeable para
su aplicación en la construcción y la influencia de los siguientes parámetros:
xx
• Forma de los agregados
• Granulometría de los agregados
• Porcentaje de vacíos
• Permeabilidad
21
CAPITULO I
1.1 PLANTEAMIENTO, FORMULACION,
SISTEMATIZACION Y DESCRIPCION DEL PROBLEMA.
Las temperaturas bajas afectan las propiedades del asfalto y en consecuencia
las propiedades físicas de las mezclas, originando el fisuramiento de las capas
asfálticas, por contracción térmica y/o por el incremento de la rigidez con la
acción combinada del tráfico pesado.
Por tal motivo, los problemas de baches, ondulaciones u otras averías en
antiguos pavimentos bituminosos pueden deberse a un proyecto del pavimento
inadecuado para el tráfico existente, o a una compactación insuficiente durante
la construcción o a ambas.
Según Larson 1963 en su libro, explica los diferentes tipos de averías que
tienen las mezclas asfálticas como lo son, las ondulaciones superficiales que
se producen por exceso de asfalto, el agrietamiento de la capa superficial
ocasionadas por un insuficiente contenido de asfalto, el pavimento quebradizo
el cual es ocasionado por una deflexión excesiva y la acción del agua la cual
puede deteriorar un asfalto debido a un mal diseño de las cunetas de drenaje.
Es difícil conocer las relaciones entre precipitación, velocidad de la
precipitación y escurrimiento de agua por los drenes, duración del
escurrimiento y caudal, etc.
La capacidad de drenaje estará en función de la precipitación sobre el área del
proyecto. La falta de registros sobre precipitaciones, y en el caso que
existieran, no son del todo confiables; dificulta una adecuada estimación del
parámetro principal para el diseño de un drenaje vial, por lo tanto debemos
preguntarnos:
22
¿Cuáles son los procesos más adecuados y óptimos para el diseño de un
pavimento permeable?
1.2 JUSTIFICACION
La principal virtud del pavimento permeable es el adecuado manejo del agua
de lluvia, cualidad reconocida positivamente por organismos internacionales
como la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés). El
pavimento permeable no tiene finos o posee pocos finos. Este pavimento se
usa principalmente como pavimento en aplicaciones de vialidades de bajo
tráfico, áreas de estacionamientos, senderos y caminos para peatones o
ciclistas. Es un pavimento especial, resultado de la combinación de agregado
grueso, cemento y agua que favorece la creación de una estructura de tipo
porosa que permite el paso de agua a través de él. Es de baja resistencia; con
revenimiento cero; es seco y poroso y puede usarse como pavimento de
aceptable calidad estructural, que permita filtrar el agua de lluvia, y evitar el
escurrimiento superficial.
El uso del pavimento permeable por su capacidad de almacenamiento permite
disminuir las dimensiones de las cunetas y cuando se diseña la alternativa de
berma – subdren, esta permite eliminar la cuneta.
El mantenimiento en este tipo de solución asegura el buen funcionamiento del
sistema de drenaje. Se obtiene una alternativa técnica de diseño y construcción
de bermas, cunetas y subdrenes utilizando como principal material de
construcción el pavimento permeable y representa una apreciable ventaja
desde el punto de vista económico.
Las ventajas de los pavimentos de pavimento permeable como lo describe
NUÑEZ, 2001 son que reduce (a casi cero) descargas máximas del agua de
lluvia de las áreas pavimentadas, ayuda a mitigar inundaciones y al mismo
tiempo incrementa la recarga del agua subterránea, además, permite que el
aire se infiltre en el suelo y su superficie de claro color reduce los efectos de
“isla de calor” así como los costos de iluminación debido a su mayor
23
reflectancia de la luz. En comparación del asfalto, por lo tanto mejorando la
seguridad para los vehículos y los peatones.
También se le considera ecológico porque apoya el reciclado puesto que se
fabrica usando subproductos de fábricas y plantas de energía, reduciendo así
la necesidad de tierras de relleno. La vida de servicio se mide en décadas, pero
cuando finalmente llega, el pavimento se puede triturar y reciclar como
agregado de alta calidad para cientos de aplicaciones.
El pavimento también es sano con el medio ambiente, puesto que se fabrica de
materiales extraídos y procesados localmente y a diferencia del asfalto, no
produce fuga toxica.
1.3 OBJETIVOS: GENERAL Y ESPECÍFICO
1.3.1 Objetivo General
Diseñar una mezcla de pavimento permeable mediante la variación de la
relación de vacíos que nos permita obtener propiedades estructurales e
hidráulicas óptimas para su uso en pavimentos.
1.3.2 Objetivos Específicos
Establecer parámetros para el diseño básico de un pavimento
permeable.
Realizar ensayos requeridos para el diseño de un pavimento estructural,
tomando en cuenta la normativa nacional vigente.
Establecer la metodología de diseño más apropiada y los procedimientos
constructivos más adecuados para el pavimento poroso.
24
CAPITULO II
2. MARCO CONCEPTUAL Y TEORICO
2.1 MARCO CONCEPTUAL
Absorción: La absorción en los agregados, es el incremento en la masa del
agregado debido al agua en los poros del material, pero sin incluir el agua
adherida a la superficie exterior de las partículas, expresado como un
porcentaje de la masa seca. El agregado se considera como "seco" cuando se
ha mantenido a una temperatura de 110°C ± 5°C por suficiente tiempo para
remover toda el agua no combinada.
Agregado: Es un material granular duro de composición mineralógica, usado
para ser mezclado en diferentes tamaños de partículas graduadas, como parte
de una mezcla asfáltica, llamados también áridos o pétreos. Los agregados
típicos incluyen la arena, la grava, la escoria de alto horno, o la roca triturada y
polvo de roca.
Agregado fino: Agregado que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) y queda
retenido en el tamiz de 75 μm (No. 200).
Agregado grueso: Agregado retenido en el tamiz de 4.75 mm (No. 4).
Base granular triturada: Es una parte del pavimento que se encuentra arriba
de la sub-base y está constituida por áridos minerales cuya estabilización se
consigue mediante medios mecánicos.
Briquetas: Las briquetas se preparan con diferentes contenidos de asfalto;
estos contenidos tienen una variación de 0,5 %. Se deben preparar al menos
tres briquetas para cada combinación de agregados con cemento asfáltico.
Calzada: Parte de la calle comprendida entre dos aceras, por donde circula el
tráfico rodado.
25
Cántabro húmedo: Permite valorar la pérdida de cohesión que se produce por
la acción del agua en la mezcla y el efecto que produce el empleo de ligantes
modificados en la mejora de esa propiedad.
Cántabro seco: Se aplica a las mezclas bituminosas fabricadas en caliente y
de granulometría abierta, cuyo tamaño es inferior a 25 mm. El ensayo es
realizado a una temperatura de 25 ºC, lo cual permite valorar indirectamente la
cohesión y trabazón, así como la resistencia a la disgregación de la mezcla
ante los efectos abrasivos y de succión originados por el tránsito.
Capa base granular: Capa constituida por un material de calidad y espesor
determinados y que se coloca entre la sub-base y la capa de rodadura.
Capa de rodadura: Es la construida en la parte superior del pavimento, debe
resistir las presiones verticales de contacto aplicadas por los neumáticos, las
tensiones tangenciales de frenado, las succiones debidas al comportamiento
de los neumáticos, etc. La calidad de los materiales que constituyen la capa de
rodadura, deben estar en consonancia con la gran importancia de las
solicitaciones a que se ve sometida.
Capa de sub base granular: Capa constituida por un material de calidad y
espesor determinados y que se coloca entre la subrasante y la base.
Carpeta: La carpeta asfáltica es la parte superior del pavimento flexible que
proporciona la superficie de rodamiento, es elaborada con material pétreo
seleccionado y un producto asfáltico dependiendo del tipo de camino que se va
a construir.
Colmatación: Se denomina comúnmente colmatación a la acumulación de
sedimentos.
Geomalla: Es una malla tejida formada por hilos de poliéster recubiertos de
poli cloruro de vinilo (PVC).
Geomembranas: Son laminas poliméricas impermeables, utilizadas como
barrera de sólidos y líquidos.
26
Geosintéticos: Es un producto plano fabricado a partir de materiales
poliméricos, para ser usado con suelo, roca, tierra, o cualquier otro material
geotécnico, como parte integral de un proyecto, estructura, o sistema realizado
por el hombre.
Geotextiles: Los geotextiles como su nombre lo indica se asemejan a
textiles, telas, que se pueden enrollar, cortar, coser. Se utilizan en obras de
ingeniería, especialmente cuando se trata de construcciones donde intervienen
diferentes tipos de suelo.
Granulometría: Es la medición y gradación que se lleva a cabo de los granos
de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de
los suelos, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades
mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno
de los tamaños previstos por una escala granulométrica.
Granulometría abierta: Está conformada por materiales pétreos de
granulometría uniforme con bajo contenido de finos y alto porcentaje de vacíos.
Granulometría discontinua: Se tiene una granulometría discontinua cuando
hay ciertos tamaños de grano intermedios que faltan o que han sido reducidos
o eliminados artificialmente.
27
2.2 MARCO TEORICO
Larson (1993) definió que el pavimento poroso es un tipo especial de
pavimento que se caracteriza principalmente por la carencia del contenido de
agregado fino, logrando una configuración en su estructura que permite ciertas
ventajas de funcionalidad frente a un pavimento convencional utilizado en
pavimentación. Dada esta característica hace que algunas propiedades sean
análogas la de los pavimentos sin finos, pero se distinguen de los mismos por
su mayor resistencia a todas las solicitaciones mecánicas.
El pavimento permeable debe tener una granulometría apropiada que permita
tener una dimensión importante de los poros, facilitando la buena circulación
del agua del material. Una gran porosidad que permita el paso del agua dentro
del material aproximadamente entre el 20% al 25% de porosidad1.
El problema en el manejo tradicional de las aguas pluviales, su escorrentía e
infiltración, involucran la impermeabilización de la capa de rodamiento y
grandes recolectores que intentan desalojar dichas aguas, esto en áreas
urbanas es complicado ya que nuevos módulos de vivienda y con ello grandes
cantidades de agua se adicionaran, las cuales no habrían sido consideradas
para el diseño de los colectores, por cuanto nos lleva a una saturación de los
mismos.
Por su parte Larson en su libro nos indica que la principal ventaja del
pavimento permeable contra el pavimento convencional es su permeabilidad y
su consecuente porosidad además se contrae menos, tiene un peso específico
más bajo y sus valores como aislante térmico son superiores al del pavimento
convencional. Aunque el comportamiento físico y mecánico, es superior en
muchos aspectos.
Flores (2005) explica que la porosidad afecta a la resistencia, la misma que es
una consecuencia de la unión de agregados y el cemento. La relación agua-
cemento se debe de estudiar de una manera cuidadosa ya que la hidratación
1 (PÚBLICAS, Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por medio del ensayo
cántabro de perdida por desgaste NLT-352/00, 2000)
28
es necesaria para ligar los elementos que a su vez le dan la resistencia al
material.
La estructura interna de un pavimento poroso puede describirse como un
conjunto de partículas de agregado grueso, en contacto y unidas entre sí por
puentes constituidos por el mortero que forma la arena y el conglomerante;
estos puentes son los que movilizan la resistencia del pavimento2. De hecho, la
rotura de una probeta en la prensa, no es sino el resultado de la ruptura de los
puentes aludidos; en contadísimas ocasiones se produce la fractura del
agregado grueso.
Al aplicar este tipo de pavimento hay que añadirle las condiciones de tipo
económico que influyen en gran medida en la aplicación práctica de los
mismos. Análogamente a la situación que se presente con otros materiales es
necesario encontrar un equilibrio entre los costos de la primera inversión y los
de mantenimiento. En esta línea, cabe señalar que los pavimentos porosos
resultan, en general, baratos en relación a los costos iniciales; ello es debido
por un lado, al bajo contenido de cemento e incluso a la sustitución parcial de
este por cenizas, y por otro lado equipos especiales. (Meneses, 2007)
La vida útil media de los elementos relacionados con estos pavimentos, es en
condiciones normales, menor que la correspondiente a la de un pavimento
convencional; si bien la comparación no es inmediata, dado que cubre campos
de aplicaciones diferentes. Esta menor vida útil viene determinada por una
menor capacidad, una granulometría más abierta y un menor contenido de
cemento. No obstante la experiencia con pavimento poroso es aun escasa para
fijar con gran precisión la citada vida útil, la cual, como es lógico varía en
función del tipo de aplicación.
Núñez (2001). Estos pavimentos están constituidos por una base de pavimento
poroso y una capa de rodadura de mezcla bituminosa porosa. Con ello se dota
el pavimento de cierta capacidad de almacenamiento de agua, principalmente
fluvial con lo que se laminan los caudales punta que se presentan en las
2 (URBANISMO, 2008)
29
secciones de desagües. Por tal razón, son de gran interés y tiene una
aplicación importante en pavimentos urbanos con coeficientes de escorrentía
muy elevados.
Las exigencias que se les imponen a los pavimentos porosos utilizados en
capa de rodadura son superiores cuando se las utilizan en bases o bermas. El
material no solo debe garantizar unas características drenantes y de resistencia
mecánica, sino también debe de satisfacer algunas otras condiciones, como
son una estabilidad suficiente frente a los esfuerzos horizontales generados por
los vehículos y en algunos casos frente a las solicitaciones del tipo climático.
Por otra parte el material debe posibilitar la obtención de una regularidad
superficial y unas características antideslizantes correctas, en ocasiones puede
imponérseles una reducción de los niveles sonoros del tráfico3.
El principal problema de los pavimentos porosos, sobre todo en capa de
rodadura, es su colmatación, al igual que ocurre con las mezclas bituminosas
drenantes. En lo que refiere a las características drenantes y de absorción de
ruido los resultados son también satisfactorios. (Núñez, 2001)
La idea básica es que no todo lo que se necesita pavimentar tiene que
impermeabilizarse. Con la utilización de pavimentos permeables se consigue
recargar los acuíferos y reducir el volumen y el caudal máximo de escorrentía,
provocado por las lluvias. Su instalación permite o bien infiltrar el agua
directamente al suelo o almacenarla en la estructura del pavimento y después
drenarla a otro lugar.
Cuando se habla de pavimentar en la actualidad, lo primero que se piensa es
en pavimento asfaltico o pavimento hidráulico, pero este trabajo plantea que los
pavimentos permeables son una solución en superficies específicas como
estacionamientos, calles de tráfico ligero, banquetas, áreas peatonales,
haciendo que el pavimento tradicional, en estas áreas sea cosas anti ecológica.
Una vez que la durabilidad de la mezcla se ha establecido, el siguiente paso a
considerar será la resistencia mecánica y la resistencia a la abrasión de
3 (Alamilla, Anguas, Mendez, Oropeza, 2006)
30
pavimento permeable para su uso como una capa de rodadura, este trabajo de
investigación tratara de demostrar estos parámetros. Para mantener la
resistencia al deslizamiento y lograr alcanzar los objetivos de un pavimento
permeable, el pavimento deberá mantener su permeabilidad en todo momento
y en condiciones de servicio4.
2.2.1 DEFINICION, FUNCION Y CARACTERISTICAS DE UN
PAVIMENTO
Los pavimentos permeables se pueden definir como secciones compuestas de
varias capas de materiales de construcción que permiten el paso del agua a
través suyo, desde la superficie hasta la explanada, y en conjunto ofrecen la
capacidad portante necesaria para resistir un tráfico determinado.
El pavimento está compuesto por tres partes principalmente la superficie de
rodadura que puede ser concreto poroso, concreto asfaltico y adoquines en
todos los casos permeables el espesor de la superficie de rodadura está entre
10cm a 20cm5.
El pavimento es un sistema que está caracterizado por las propiedades,
espesores y acomodos de distintos materiales que forman un conjunto de
capas colocadas una sobre otra.
El pavimento tiene una serie de funciones las cuales se describen a
continuación:
Proporciona una superficie de rodamiento segura, cómoda y de
características permanentes, bajo las cargas repetidas del tránsito a lo
largo del periodo de diseño considerado.
Resistir el transito previsto parara que sea capaz de resistir el periodo de
diseño y poder distribuir las presiones verticales dadas por el tránsito.
4 (Ordoñez, 2006)
5 (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
31
Constituir una estructura que sea capaz de resistir los factores
climatológicos del lugar donde va hacer emplazado el proyecto.
Por su parte las características estructurales están relacionadas con las
características mecánicas de los materiales utilizados para la construcción de
las diferentes capas que conforman el pavimento; estas características
mecánicas definen el espesor de cada capa; el análisis mecánico de una idea
de los efectos producidos por el tráfico, en cuanto a estados de esfuerzo y
deformaciones. De las características estructurales, depende en gran medida la
vida útil del pavimento. (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
2.2.2 ELEMENTOS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE, SU FUNCION Y
CARACTERISTICAS
Las Normas NEVI en su manual de especificaciones nos dice que “un
pavimento está constituido por varias capas, el nombre de las capas se
encuentra en orden descendente, la carpeta, base, subbase. La cimentación
del pavimento se encuentra constituida por la subrasante; esta última capa se
encuentra apoyada sobre otras dos en el orden siguiente, subrasante,
subyacente, cuerpo del pavimento”.
2.2.2.1 La carpeta
Es la parte que soporta directamente el tránsito vehicular y es la capa que se
encarga de brindar las características funcionales al pavimento.
Estructuralmente absorbe los esfuerzos horizontales y transmite los verticales
hacia las capas que yacen bajo ella.
La carpeta es construida con mezclas asfálticas, puede contener algún agente
modificador para poder mejorar alguna característica, de acuerdo a la
temperatura o intensidad pluvial de la zona en la que se construya6.
a) Material Bituminoso
6 (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
32
El material bituminoso para la fabricación de la mezcla, será una emulsión
asfáltica o asfalto rebajado seleccionado de acuerdo al tipo de agregados que
se pretenda utilizar, cumpliendo con ASSHTO M-140 y M-208.
b) Agregados Pétreos
Los agregados pétreos serán rocas o gravas trituradas siendo materiales
limpios, densos y durables, libre de polvo, terrones de arcilla u otras materias
indeseables, que puedan impedir la adhesión completa del asfalto a los
agregados sueltos.
2.2.2.2 La base
Es la capa que se construye bajo la carpeta y su función básicamente es la de
resistir los esfuerzos verticales, además de transmitirlo en forma uniforme a la
subbase; debe además contar con la suficiente rigidez para no deformarse bajo
la repetición constante del tránsito.
Está compuesta por materiales granulares con gravas, arenas y una pequeña
cantidad de limos, estos materiales se clasifican de acuerdo al tratamiento que
hayan recibido7.
a) Materiales
Materiales cribados: Gravas, arenas y limos; así como las rocas alteradas y
fragmentadas.
Materiales parcialmente triturados: cuenta con poco o nula cohesión, son
mezclas de gravas, arenas y limos.
Materiales totalmente triturados: requieren un proceso mecánico de trituración
total y cribado.
Materiales mezclados: son los obtenidos mediante la mezcla de dos o más de
los materiales antes mencionados, la misma que debe de ser la adecuada para
satisfacer la granulometría indicada.
7 (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
33
Cuando el espesor de la base sea mayor de 20 centímetros, se tendrá que
hacer la compactación por capas, siempre que estas no sean mayores de 20 ni
menores de 10 centímetros, para conseguir una mejor adhesión entre éstas y
así evitar deslizamientos8.
Durante el proceso constructivo, la clasificación y la elección del material
deberán constar dentro de las especificaciones y requerimientos establecidos
en la tabla No. 404-1.1 de las Especificaciones Generales para la Construcción
de Caminos y Puentes.
Dentro de las normas ecuatorianas viales (NEVI, 2012) nos dice los conceptos
que se ocupan en las siguientes capas de los pavimentos.
2.2.2.3 La subbase
Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente
a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la
superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante
la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que
puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de
volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento9.
Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de
agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que
generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en época de
heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento,
lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una subrasante o
subbase adecuada.
Es la capa construida bajo la base y sobre la subrasante, esta puede ser o no
ser construida dependiendo de la capacidad de soporte de la subrasante, Su
función básica es la de proporcionar una cimentación uniforme, para la correcta
conformación y colocación de la base; en la medida de lo posible, debe
8 (INEN, 2001)
9 (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
34
también tener una función de drenante, por lo cual esta capa debe de carecer
de materiales finos. También cumple una función de transición entre la
subrasante y la estructura del pavimento10.
Está constituida por materiales granulares que se clasifican de acuerdo al
tratamiento que recibieron.
Esta capa de material se coloca entre la subrasante y la capa de base,
sirviendo como material de transición, en los pavimentos flexible.
a) Materiales
La clase de subbase que deba utilizarse en obra estará especificada en los
documentos de contratos y especificaciones. Así mismo, los agregados
deberán tener un coeficiente de desgaste máximo de 50%, de acuerdo con el
ensayo de abrasión de los Ángeles y la porción que pase el tamiz No. 40
deberá tener un índice de plasticidad menor que 6 y un límite liquido máximo
de 25. La capacidad de soporte corresponderá a un CBR igual o mayor del
30%.
El material debe estar libre de impurezas tales como: basura, materia orgánica,
terrones de arcilla y cualquier otro material que pueda ocasionar problemas
específicos al pavimento.
Durante el proceso constructivo, la clasificación y la elección del material
deberá constar dentro de las especificaciones y requerimientos establecidos en
la tabla No. 403-1.1 de las Especificaciones Generales para la Construcción de
Caminos y Puentes (Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12).
2.2.2.3 La subrasante
Subrasante se denomina al suelo que sirve como fundación para todo el
paquete estructural de un pavimento. Es la capa construida bajo la subbase, su
función es la de recibir las cargas transmitidas por el pavimento y transmitirlas
en forma uniforme hacia las subyacente y el cuerpo del terraplén. Si esta capa
10
(INEN, 2001)
35
es de buena calidad, el espesor del pavimento será menor con lo cual existirá
un ahorro económico, sin perder calidad en el pavimento.
El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la
subrasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia,
incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la
humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el
ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante11.
a) Materiales
Tiene que estar libre de vegetación y materia orgánica, de lo contrario, el
material deberá reemplazarse por material adecuado para la subrasante en el
tramo correspondiente o considerar la estabilización de los suelos subyacentes.
En general los materiales apropiados para la capa de subrasante, son los
suelos de preferencia granulares con porcentajes de hinchamiento según
ensayos AASHTO T-193 y que no tengan características inferiores a los suelos
que se encuentran en el tramo. Según AASHTO M-145, los suelos clasificados
A-8, son materiales inadecuados para la capa de subrasante, ya que son
suelos orgánicos constituidos por materiales vegetales o fangosos. Estos
suelos generalmente tienen textura fibrosa, color café oscuro y olor a
podredumbre y son altamente comprensibles, con muy baja resistencia12.
La distribución, conformación y compactación del suelo seleccionado se
efectuara de acuerdo a los requisitos de los numerales 402-2.05.1 de las
Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes
(Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12), sin embargo, la densidad de la capa
compactada deberá ser el 95% en vez del 100% de la densidad máxima, según
AASHTO-T180, método D.
11
(MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
12 (INEN, 2001)
36
2.2.3 DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS
El asfalto es un material constituido en gran medida por una mezcla de
hidrocarburos pesados, con propiedades destacables tales como:
impermeabilidad, adherencia y cohesión, capaz de resistir esfuerzos
instantáneos de gran magnitud y fluir bajo la acción de cargas permanentes. Al
ser calentado se ablanda gradualmente hasta alcanzar una consistencia
liquida, además, sus cualidades aglutinantes, propiedades físicas y químicas, lo
hacen óptimo para un gran número de aplicaciones, en particular es utilizado
para la construcción y mantenimiento de estructuras de pavimentos flexibles13.
Según el Ministerio de Transporte y Obras Públicas, al asfalto se lo define
como: “Material aglomerante de color entre negro a pardo oscuro, cuyos
constituyentes predominantes son betunes que se encuentra en la naturaleza o
son obtenidos por destilación del petróleo”.
De igual forma, el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) (1996), la
define como: El material aglomerado solido o semisólido, de color que varía de
negro a pardo oscuro y que se vincula gradualmente al calentarse; sus
constituyentes predominantes son betunes que se encuentran en la naturaleza
en forma solido o semisólida; también se obtiene por destilación del petróleo o
combinaciones de estos entre sí con el petróleo o productos derivados de estas
combinaciones.
Se utilizara cemento asfaltico de tipo AP con penetración 60 – 70.
2.2.3.1 Características técnicas del asfalto14
Excelente adherencia.
Optima ductibilidad, plasticidad y elasticidad que le otorgan gran manejo,
eliminando así la fragilización.
13
(MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
14 (INEN, 2001)
37
Adecuada dureza y viscosidad, lo cual permite su uso específico para
cada condición de clima.
Presentan bajo índice de susceptibilidad térmica, permitiendo un
comportamiento estable ante las variaciones de temperatura del
ambiente.
Excelente estabilidad a la oxidación.
2.2.3.2 Estudio y Análisis realizado
El Ministerio de Transporte y Obras Públicas nos detalla algunas propiedades
del asfalto las cuales, es primordial estudiar y analizar cada una de las
propiedades físicas que lo caracterizan; detallando a continuación cada una de
esas propiedades:
Viscosidad; es la resistencia de los cuerpos a la deformación, debido al
rozamiento interno molecular; la viscosidad es una medida de la
resistencia al flujo (MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012,
2012).
Ductilidad; es la capacidad de un material de sufrir alargamientos sin
disgregación de su masa; debido a la ductilidad el asfalto puede ser
sometido a la acción de continuas fuerzas de tracción y compresión; que
las resiste deformándose pero sin romperse (MTOP, Normas
Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012).
Fragilidad; es la propiedad de los materiales a romperse frente a la
presencia de determinados esfuerzos (MTOP, Normas Ecuatorians
Viales NEVI-2012, 2012).
Peso específico; es la relación del peso para unidad de volumen. El peso
específico del asfalto varía según su origen y proceso de destilación
manteniéndose igual a la unidad.
Calor especifico; cualidad que se tiene influencia en los efectos de
transporte para generar una elevación de temperatura o mantenerla fija
38
en este material basándose en las pérdidas del calor producidas en un
depósito.
Conductividad calorífica; característica que tienen los cuerpos de dar
peso con mayor o menor resistencia al calor.
Dilatación térmica; propiedad que permite comparar los volúmenes
medidos a temperaturas diversas y calcular los volúmenes del material a
utilizar en el relleno de juntas de dilatación o huecos de cualquier forma.
Impermeabilidad, capacidad de un material de no poder ser atravesado
por agua u otro líquido; el asfalto además de actuar como ligante de
moderada resistencia. Debe ser altamente impermeable.
Adhesividad; es la resistencia opuesta por el asfalto a despegarse del
material con el que ha entrado en contacto.
Durabilidad; el asfalto debe mantenerse plástico, para cumplir su función
de ligante, por diversos factores atmosféricos el asfalto pierde su
plasticidad formándose quebradizo, causado por el endurecimiento
progresivo, generando la destrucción del pavimento.
Velocidad de curado; es el aumento de la consistencia del asfalto por la
pérdida progresiva de disolventes por evaporación.
En nuestro país, la mayor parte del asfalto empleado se obtiene del petróleo. El
asfalto es un material de alta producción en el país; hay tantas clases de
caminos, construidos bajo diferentes condiciones y usando diversas formas de
asfalto, debido a que se lo emplea no solo en pavimentación sino además se lo
utiliza para: tratamiento superficiales, sistemas de penetración, canales de
drenaje, bordes, debido a que es un material económico con propiedades
impermeabilizantes y cementantes. (Camaniero, 2006).
39
2.2.4 LABORATORIO DE PAVIMENTOS Y PRUEBAS REALIZADAS
2.2.4.1 Ensayo de Penetración
Norma: AASHTO T-49 / ASTM D-5
El ensayo de penetración sirve para determinar la dureza o consistencia de un
material bituminoso, además la penetración se emplea para determinar la
capacidad de fluencia del cemento asfáltico cuando el rozamiento entre las
capas del fluido se incrementa y el material se aproxima en sus propiedades de
consistencia a un semisólido; esto sucede cuando se encuentra a temperatura
ambiente.
La penetración consiste en la distancia, expresada de milímetro, que penetra
verticalmente en el material una aguja normalizada, en condiciones definidas
de carga, tiempo y temperatura.
La penetración normal se realiza a una temperatura de 25ºC durante un
tiempo de 5 segundos, y con una carga móvil total de la aguja más accesorios
de 100 gramos; aunque pueden emplearse otras condiciones previamente
definidas.
2.2.4.2 Ensayo de Ductilidad
Norma: AASHTO T51-00 / ASTM D 113
El ensayo de ductilidad consiste en realizar una probeta de cemento asfáltico
de dimensiones con formas determinadas y someterlas al alargamiento. La
sección transversal mínima de la muestra es de 1cm2. Este ensayo determina
la distancia en centímetros que la muestra puede alargarse antes de romperse,
cuando los dos extremos de la briqueta del material son estirados a una
velocidad de 5 cm. / minutos y a temperatura de 25 ± 0,5ºC.
Normalmente los asfaltos dúctiles tienen mejores propiedades aglomerantes
pero son susceptibles a las variaciones de temperatura.
40
2.2.4.3 Ensayo de Viscosidad
Norma: ASSTHO T-59 / ASTM D-244 y D-88
El ensayo de viscosidad determina la fluidez de los asfaltos a la temperatura
que se emplea durante su aplicación en la elaboración de la carpeta asfáltica;
normalmente se utiliza para cementos asfálticos, emulsiones y aceites.
Este ensayo se define como el tiempo en Segundos Saybolt Furol, necesarios
para qué fluyan 60 ml de material a temperatura de 135ºC atreves de un tubo
de dimensiones normalizadas. El ensayo requiere de un constante baño de
temperatura que se aplican con un tipo de aceite de alto punto de ebullición.
2.2.4.4 Ensayo de Punto de Inflamación
Punto de inflamación. Vaso Cleveland.
El punto de inflamación es la temperatura a la que puede calentarse el asfalto
con seguridad, sin el peligro de inflamación instantánea de los vapores
liberales, cuando se ponen en contacto con una llama libre.
El ensayo de punto de inflamación consiste en calentar la muestra contenido en
el vaso CLEVELAND aumentando entre 14ºC a 17 ºC por minuto hasta
alcanzar una temperatura de 222 ºC bajo el punto de inflamación probable; a
continuación disminuir el calor hasta conseguir que el rango de elevación se
encuentre entre 5ºC y 6 ºC por minuto. Aplicar llama de ensayo localizado
mínimo 2mm del vaso CLEVELAND, con un movimiento armonioso y continúo
aproximadamente un segundo por parada; finalmente se registra la
temperatura en la cual en dos paradas consecutivas se enciende parte de la
superficie de la muestra; siendo esta la temperatura que corresponde al punto
de inflamación.
2.2.4.5 Ensayo de Densidad Relativa
La densidad relativa se define como la relación entre la masa de un volumen
dado del material a la temperatura t 1, y la masa de un volumen igual de agua
pura a la temperatura t 2, o lo que es lo mismo, la relación entre la densidad del
41
material a t 1 y la densidad del agua a t 2. La temperatura normalizada de
ensayo es la 25ºC aunque puede emplearse otras temperaturas, siempre que
se determine las calibraciones y correcciones correspondientes.
El procedimiento general de ensayo, aplica a los materiales líquidos,
semilíquidos y sólidos, está basado en la determinación de la densidad relativa
mediante el picnómetro, obtenida comparando las masas de volúmenes iguales
de material y agua a la misma temperatura; ésta no específica, se entenderá la
temperatura normalizada de 25ºC.
2.2.4.6 Ensayo de Peso Específico
El peso específico relativo es la relación del peso de un volumen determinado
de asfalto el peso de igual volumen de agua, encontrándose los dos materiales
a una temperatura de 25 ºC. El peso específico del cemento asfáltico depende
tanto del origen como del proceso de destilación pero su valor se mantiene
cerca de la unidad.
El peso específico del asfalto sirve para realizar las correcciones de volumen
cuando se mide a altas temperaturas; otra de sus aplicaciones es determinar
los vacíos en las mezclas asfálticas para pavimentos compactados. La
aplicación principal es conocer su valor exacto para la transformación de peso
o volumen puesto que la dosificación se basa generalmente en relación de
volumen.
2.2.4.7 Ensayo de Pérdida de masa por calentamiento
En el ensayo de calentamiento se somete a una muestra de cemento asfáltico
a condiciones de endurecimiento, similares a las que ocurre en las operaciones
normales en una planta de mezcla en caliente para conformar el pavimento a
temperaturas de alrededor de 150ºC, dando como resultado el cambio de las
propiedades del cemento asfáltico después de someterlo a este proceso.
Para determinar el endurecimiento del cemento asfáltico se realiza ensayos de
penetración, viscosidad y ductilidad antes y después de introducir el material al
horno. La penetración, la viscosidad y la ductilidad del cemento asfáltico se
42
expresan después del tratamiento, como porcentaje del ensayo realizado antes
del tratamiento.
2.2.4.8 Referencias Normativas
Para cada uno de los ensayos realizados en nuestro laboratorio indicaremos
las distintas referencias normativas empleadas y las que están en concordancia
con dichos ensayos:
DETERMINACION UNIDAD INEN NLT ASTM AASHTO
Penetración a 25ºC,
100gr, 5s 0,1 mm NTE INEN 917 124 D5-97 T49-74
Ductilidad a 25ºC y 5
cm/min cm NTE INEN 916 126 D113 T 51
Viscosidad a 135ºC:
Saybolt - Furol SSF NTE INEN 1831 138/84 D 88-56 T 72-74
Punto de Inflamación:
Vaso Cleveland ºC NTE INEN 808 127 D 92-66 T 48-74
Densidad Relativa a
25/25ºC gr/cm3 122/84 D70
Peso Especifico gr/cm3 D 70-97
Pèrdida por masa por
calentamiento % m/m 185
Tabla 2.0: Normas para Mezclas Asfálticas
Fuente: MOP-001-F-2002
43
ENSAYOS 60 - 70 85 - 100
Betun Original mínimo máximo mínimo máximo
Penetración (25ºC, 100gr, 5s), mm/10 60,0 70,0 85,0 100,0
Punto de ablandamiento A y B, ºc 48,0 57,0 45,0 53,0
Undice de Penetración -1,5 1,5 -1,5 1,5
Ductilidad (25ºC, 5cm/min), cm 100,0 100,0
Contenido de agua (en volumen)% 0,2 0,2
Solubilidad en Tricloroetileno, % 99,0 99,0
Punto de Inflamación, Copa Cleveland 232,0 232,0
Densidad Relativa 1,0 1,0
Ensayo de la mancha NEGATIVO NEGATIVO
Contenido de prarafinas 2,2 2,2
Tabla 2.0.1: Normas para Mezclas Asfálticas
Fuente: MOP-001-F-2002
2.2.5 PAVIMENTOS PERMEABLES
2.2.5.1 Antecedentes
Los pavimentos permeables se presentan al día de hoy como una técnica más
estudiada e investigada. Las primeras aplicaciones de este tipo de soluciones
para el drenaje urbano se remontan a las décadas de 1970 (Rodríguez
Hernández, 2008).
Los Estados Unidos fueron los pioneros en abrir el camino hacia el estudio y
elaboración de guías de diseño sobre superficies permeables (Smith, 2000).
Fue a partir de los años 80 cuando se trataron aspectos de calidad del agua en
los pavimentos permeables, tenía la intención de aliviar la contaminación
debida a los vertidos de los sistemas de saneamiento unitarios en tiempos de
lluvia, reduciendo además los parámetros de diseño de las infraestructuras de
drenaje urbano (Rodríguez Hernández, 2008).
Ya en Europa, y concretamente en el Reino Unido, es en donde se realiza el
mayor número de publicaciones referente a los pavimentos porosos, enfocado
íntegramente en la concepción de sistemas de pavimentos permeables, se
44
destaca “The SUDS manual”, muy empleado incluso fuera de las fronteras
británicas.
En Suecia, fue en los años 80 cuando descubrieron que colocando una
subbase granular bajo una capa de asfalto u hormigón poroso, se obtenían
importantes ventajas y beneficios en la calidad y cantidad de las aguas
pluviales; (Larson, 2007).
Finalmente, en España comienza a atisbarse, aunque tímidamente, un
crecimiento de las publicaciones, investigaciones, manuales y
recomendaciones. En 2008, el centro de Estudios y Experimentación de Obras
Públicas (CEDEX) publicó como complemento para la guía técnica sobre redes
de saneamiento y drenaje urbano publicada en 2007.
En 2010 nació el proyecto “AQUAVAL”, cuyo objetivo principal es tratar de
implantar planes de gestión sostenible de aguas pluviales. El proyecto
AQUAVAL contempla la ejecución de pavimentos permeables entre otras
técnicas, así como la monitorización de parámetros de cantidad y de calidad
para estudiar el comportamiento de estas técnicas frente a eventos de lluvias.
2.2.5.2 Descripción
Los pavimentos permeables se engloban dentro de las técnicas de drenaje
urbano sostenible, cuyo objetivo principal es el fomento de la retención y la
infiltración de las escorrentías en el origen del sistema. Pueden utilizarse como
alternativa a los pavimentos impermeables tradicionales, reduciendo el
volumen y la velocidad de la escorrentía, y mejorando su calidad.
Desde el punto de vista del drenaje urbano sostenible, los pavimentos
permeables se conceptualizan según la sección que a continuación se observa,
compuesta por varias capas de materiales permeables. Individualmente las
capas actúan de modo multifuncional, mientras que en conjunto, ofrecen la
capacidad portante necesaria para resistir un tráfico determinado (Rodríguez,
2008).
45
Gráfico 2.1: Diseño de Estructural Pavimento Permeable
Fuente: Instituto Nacional de Vías de Colombia
Desde el punto de vista cuantitativo, los procesos que generalmente se dan en
las capas de un pavimento permeable son los siguientes:
Infiltración/Percolación. (Entendiendo por percolación, como la
infiltración a través de la superficie permeable).
Retención.
Transporte
Almacenamiento.
Desde el punto de vista cualitativo, los tratamientos físicos, químicos y
biológicos que ocurren en las capas son (Woods-Ballard, 2007).
Filtración.
Absorción.
Biodegradación.
Sedimentación.
46
2.2.5.3 Diseño estructural
El diseño estructural de un pavimento permeable se centra básicamente en la
definición del espesor mínimo de la estructura. En este caso, los criterios de
diseño deben ser aquellos que proporcionen la capacidad portante adecuada a
la categoría de tráfico que debe soportar el pavimento, sin que este sufra
deformaciones importantes15.
Aunque el procedimiento de diseño depende de la superficie permeable
empleada, siempre que contemplen los siguientes pasos:
Establecer la categoría de tráfico.
Comprobar la calidad de la explanada para asegurar la capacidad
portante de la estructura.
Seleccionar el tipo de subbase y su espesor.
Seleccionar el tipo y espesor de la superficie permeable.
La calidad de la explanada viene determinada según su capacidad portante y
se mide a través del valor del índice CBR (The Californinan Bearing Ratio).
Respecto a la base y a la subbase, la primera consiste en una capa de grava
de 13 mm de diámetro, y suele tener un espesor de entre 25 mm y 50 mm. La
segunda está formada normalmente por grava normalmente comprendida entre
20 mm y 75 mm, y el espesor mínimo que establecen la mayoría de manuales
y normativas para asegurar la funcionalidad del firme desde punto de vista
estructural, es de 15 cm. Es posible reemplazar o combinar el material granular
de la subbase mediante estructuras de plástico, como en depósitos modulares
o los conductos planos con resistencias de hasta 500 t/m2, según Atlantis
(2011).
En caso de que sea necesario mejorar las características estructurales del
pavimento permeable, es posible reforzarlo con geo sintéticos o estabilizarlo
con ligantes, (Rodríguez Hernández, 2008).
15
(Linares, Moran, Peñate, 2010) (Nuñez, 2001)
47
Según Woods-Ballard (2007), el diseño estructural debe tener en cuenta ciertas
consideraciones, como:
La mayoría de normas y recomendaciones de diseño de secciones de
firme están referidas a materiales convencionales (relativamente densos
e impermeables).
Se debe asegurar que no se produzcan perdidas de resistencia ni rigidez
en las capas inferiores, especialmente cuando estas capas se
encuentren saturadas.
Los geo textiles aumentan la resistencia a la fricción producida entre
cada una de las capas, por lo que deben diseñarse cuidadosamente con
el objetivo de evitar o minimizar la perdida de resistencia a estos
esfuerzos.
Hay que tener especial cuidado en la elección del material granular para
evitar un posible lavado de finos que provoquen una perdida a la
resistencia de las capas.
2.2.5.4 Capas Inferiores
En su libro (Rojas y Ruiz, 2005) no redacta que para completar la estructura de
un pavimento permeable, debe contemplarse el siguiente conjunto de capas:
Base
Subbase
Geo textil
Según Rodríguez Hernández en su publicación de 2008 nos dice que en
función de la naturaleza de los materiales de estas capas, se pueden catalogar
en:
Capas granulares.
Estructuras de plástico
48
Geo sintéticos
La base consiste en una capa de material granular (de un determinado tipo de
árido y granulometría fija) que actúa a modo de cama de asiento para el
pavimento. Además participa en la mejora de la calidad de la escorrentía
mediante el proceso de filtrado y las altas actividades biológicas que se
producen en su interior.
La subbase es una capa de material granular, encargada de almacenar y
retener en sus huecos el volumen de escorrentía, para posteriormente infiltrarlo
en el terreno natural o hacia los laterales. Es por tanto responsable de resolver
los problemas de cantidad. Del mismo modo que ocurre en la base, también
ayuda a mejorar la calidad del agua escurrida mediante el proceso de filtrado y
las altas actividades biológicas que se producen en su interior (Larson, 2007).
Elementos de un pavimento poroso
1.- Carpeta de rodadura de asfalto poroso.
2.- Base o filtro granular graduado.
3.- Subbase de grava, uniformemente graduada.
4.- Filtro geo textil, o filtro granular, o membrana impermeable.
5.- Subrasante de suelo nativo.
Gráfico 2.2: Diseño de Estructural Pavimento Permeable
Fuente: Diseño Moderno de Pavimentos asfalticos
49
2.2.5.5 Ventajas de la mezclas drenantes
a) Eliminación del hidroplaneo
Uno de los mayores riesgos cuando se conduce por la lluvia es el hidroplaneo,
esto es, la capa de agua que se forma entre el neumático y el pavimento rompe
el contacto entre ambos, el neumático “flota en el agua” de modo que el
conductor pierde el control de su vehículo. La evacuación rápida del agua de la
superficie del camino a través de la mezcla porosa impide que se produzca
este fenómeno. (Muñoz y Ruiz, 2001)
b) Resistencia al deslizamiento con pavimento mojado
Aun cuando no exista el hidroplaneo, la lluvia puede reducir
considerablemente la resistencia al deslizamiento de la superficie del
camino. Los asfaltos porosos pueden contrarrestar este efecto permitiendo,
debido a su macro textura, que exista rozamiento entre el neumático y la
superficie de rodadura de modo que el vehículo realice los movimientos que
desea el conductor logrando así una mayor seguridad (menor distancia de
frenado). (Rojas y Ruiz, 2005)
c) Reducción de las proyecciones de agua
Estas mezclas al permitir mantener la superficie del pavimento libre de agua
cuando está lloviendo impiden que se produzcan el levantamiento (splash) y
pulverización (spray) del agua al paso de vehículos mejorando notablemente la
visibilidad del usuario. (Ruiz, 2000)
d) Reducción del ruido al paso del vehículo
Las mezclas drenantes tienen la capacidad de absorber los ruidos provocados
principalmente por el contacto que se produce entre el neumático y el
50
pavimento cuando el vehículo está en movimiento. Los huecos interconectados
entre sí permiten el paso del aire, atenuando los efectos sonoros. Tanto el
conductor como el entorno, se ven favorecidos por esta reducción16.
2.2.5.6 Desventajas de la mezclas drenantes
a) Mayor costo inicial
Las mezclas deben construirse con asfaltos modificados y áridos de mejor
calidad, los mismos que encarecen los costos. (Ruiz, 2000).
b) Diseño geométrico riguroso
La mezcla se debe de extender sobre una capa que sea impermeable,
estructuralmente estable, y además, que tenga una geometría tal que permita
la evacuación del agua. (Ruiz, 2000)
c) Drenaje lateral
El agua que ha escurrido por la mezcla drenante debe ser evacuada a través
de drenes laterales, esto implica en la construcción de canales y otras obras de
arte.
d) Pérdida de drenabilidad
Las mezclas porosas en el transcurso de su vida útil pueden colmatarse en la
acumulación del polvo y otros agentes contaminantes como arena, materia
orgánica, etc. Entre los huecos. Es importante señalar que, si bien pierde sus
propiedades drenantes, seguirá funcionando como carpeta de rodadura.
Actualmente existen técnicas de lavado a presión que pueden limpiar las
mezclas retardando su colmatación17.
16 Rojas y Ruiz (2005). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas Drenantes
17 Rojas y Ruiz (2005). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas Drenantes
51
2.2.5.7 Consideraciones generales para el diseño de
pavimentos porosos
El diseño de los pavimentos porosos se establece como un compromiso entre
su porosidad y su resistencia al desgaste. El equilibrio de estas propiedades,
trae como consecuencia una mezcla óptima, ya que al ser estas contrapuestas,
el aumento de la porosidad suele inducir una disminución de la resistencia al
desgaste. Esta última es necesaria para que la capa no se desintegre y pueda
responder satisfactoriamente a las solicitaciones de tránsito.
Las capas del pavimento poroso exponen una película ligante que rodea a los
agregados a la acción de los rayos ultravioletas, catalizador de la oxidación y
humedad. Resulta crítico que la película del ligante tenga suficiente espesor
para poder resistir estos efectos.
El rol del ligante es mantener los agregados con suficiente cohesión para poder
resistir los desprendimientos y desplazamientos. El empleo de ligante en
exceso tiende a provocar un escurrimiento del ligante durante el transporte.18
Una propiedad muy importante que deben poseer las mezclas bituminosas, es
una gran resistencia a la acción del agua, en particular las mezclas porosas.
Por efectos del agua, pueden desintegrarse rápidamente sobre todo cuando se
emplean áridos y ligantes con problemas de adhesividad.
Le elección del tamaño nominal, está vinculada a las funciones de la mezcla y
el espesor de capa a construirse. La composición granulométrica debe
encuadrarse dentro del uso granulométrico seleccionado, sin embargo por
condiciones de durabilidad es necesario una mínima cantidad de mortero para
proveer junto al ligante, la cohesión necesaria de la muestra. (Camaniero,
2006) (Española, 2000)
En nuestro país no se ha desarrollado ningún método que sea el resultado de
la investigación local y en condiciones existentes para nuestro medio; ésta es la
razón para que no tenga validez alguna el describirlas teóricamente, solo
18
(MTOP, Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012, 2012)
52
limitándonos aquel método que ha sido oficializado por el Ministerio de
Transporte y Obras Públicas (MTOP), que corresponde al Método AASHTO
(American Association Of State Highway and Officials).
Por razones de investigación, para la elaboración de este trabajo, se
consultaron diferentes tipos de métodos de diseño, los cuales se vuelcan para
este proyecto; los mismos que no se encuentran detallado en los manuales
oficializados por el Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP).
La particular estructura interna en estas mezclas, ha llevado a muchos países
a desarrollar ensayos que ayudan a avaluar su comportamiento. Además, en
este tipo de mezclas la energía de compactación necesaria para poder lograr la
compacidad en obra es menor que en las mezclas convencionales, razón por la
cual se evalúa para que energía de compactación se alcanza la máxima
densidad en la metodología Marshall.
Las metodologías normalmente utilizadas son:
Cántabro (origen España)
Australiana (Open Graded Asphalt Design Guide, originada en la
Autralian Asphalt Pavement Association)
RP (origen Chile)
Tracción Indirecta (origen Brasil)
Es de interés estudiar estas metodologías de dosificación, con el fin de obtener
una que sea segura y rápida para mezclas drenantes, como lo ha sido la
metodología Marshall para las mezclas tradicionales, teniendo presente que
nos vamos a encontrar con curvas granulométricas discontinuas las mismas
que generan un esqueleto abierto19.
19 Normativa Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón
53
2.2.5.8 Descripción de los métodos de diseños
a) Método Bruce Marshall
El método Marshall fue desarrollado inicialmente desarrollado por Bruce
Marshall ingeniero en mezclas asfálticas en el Mississippi State Highway
Department, luego el Amy Corps of Engineers de los Estados Unidos lo mejoró
y añadió ciertas características al procedimiento de ensayo Marshall durante la
segunda guerra mundial y finalmente lo hizo suyo el Asphalt Institute,
alcanzando la mayor difusión para la dosificación de mezclas20.
El método Marshall en principio fue aplicable solo a mezclas en caliente
empleando cemento asfaltico y agregados cuyo máximo sea igual a 25 mm (1
pulgada) o menor.
Previo a la ejecución de este método se deben tener en cuenta los siguientes
aspectos.
Los materiales a utilizarse deben cumplir con las especificaciones.
La mezcla de agregados debe cumplir con las especificaciones
granulométricas.
Se deben determinar los parámetros de todos los agregados y del
asfalto para ser usados y poder establecer la relación de vacíos.
Los objetivos principales del Método Marshall son un análisis entre las
relaciones entre densidad y volumen de vacíos y un ensayo para la
determinación de la estabilidad y flujo de las briquetas compactadas.
El método puede utilizarse tanto para el diseño en laboratorio como in situ. Los
resultados del ensayo, realizado sobre la mezcla a su salida de la planta y
correspondientes al contenido de cemento asfáltico finalmente empleado, se
utilizan como patrón de control en obra.
20
(Institute, Manual del Asfalto , 1989)
54
El porcentaje óptimo de cemento asfaltico para la mezcla, será el valor que
satisfaga todos los criterios de las especificaciones de cada proyecto21.
b) Método Cántabro22
En 1979, Félix Pérez Jiménez y Carlos Kraemer, comenzaron a realizar
trabajos para establecer una metodología de dosificación en laboratorio para
estas mezclas, llegando a desarrollar dos ensayos:
Cántabro, ensayo de pérdida por desgaste en la máquina de los
Ángeles, para la caracterización mecánica.
Permeámetro de carga variable LCS, para la caracterización hidráulica
de porcentajes de vacíos, ya sea en laboratorio o en campo.
El ensayo de cántabro puede realizarse tanto en estado seco como en
húmedo, simulando en laboratorio la acción abrasiva de tráfico y la influencia
del agua, lo que permite el estudio y dosificación de estas mezclas.
Este método ha utilizado como base el método universal de caracterización de
ligantes, ya que su mezcla puede ser utilizada en mezclas con porcentajes de
vacíos mayores a 20%, situación que impide el uso del método Marshall
diseñado para mezclas con porcentajes de vacíos menores al 8%.
Cuanto mayor es la calidad y porcentaje de los componentes que proporcionan
la cohesión a la mezcla, menores son las perdidas. Como resultado del ensayo
se obtiene la perdida en peso de la briqueta, en tanto por ciento referido a su
peso inicial.
Cántabro Seco: La norma NLT-352/86 describe el procedimiento que debe
seguirse, empleando la máquina de los Ángeles. El proceso puede emplearse
tanto en el proyecto de mezclas en el laboratorio como para el control de la
obra. Se aplica para mezclas bituminosas en caliente y de granulometría
abierta, cuyo tamaño es inferior a 25 mm. El ensayo se lo realiza a una
21 Asphalt Institute (1989). Manual Del Asfalto de Estados Unidos
22 Normativa Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón
55
temperatura de 25°C, lo cual permite valorar indirectamente la cohesión y
trabazón, así como la resistencia a la disgregación de la mezcla ante los
efectos abrasivos y de succión ocasionados por el tránsito23.
Cántabro Húmedo: la norma que se refiere a esta metodología es la NLT-
362/92, este ensayo nos permite valorar la perdida de cohesión que se produce
por la acción del agua en la mezcla. El procedimiento consiste en determinar la
perdida de mezclas que han permanecido sumergidas en agua durante cuatro
(4) días a 49°C o veinte y cuatro (24) horas a 60°C. Pérdidas altas o un índice
de aumento de las pérdidas respecto al ensayo de “Cántabro Seco” también
alto, seria indicativo de una falta de resistencia de la mezcla a la acción del
agua.24
Cuanto mayor es la calidad y porcentaje de los componentes que proporcionan
la cohesión a la mezcla, menores son las perdidas. Como resultado del ensayo
se obtiene la perdida en peso de la briqueta, en tanto por ciento referido a su
peso inicial25.
Las recomendaciones más usuales para mezclas porosas para capas de
rodadura establecen los siguientes valores máximos y mínimos de exigencias.
Porcentaje de Huecos > 20% y < 25%
Perdida al < Cántabro seco (25ºC) < 25%
Perdida al Cántabro tras inmersión (24 h, 60ºC) < 40%
La medición de permeabilidad se hace a través de un permeámetro de carga
variable LCS, (NLT 327/88 – Permeabilidad en situ de pavimentos drenantes
con el Permeámetro LCS). El ensayo consiste en medir el tiempo que demora
23
(PÚBLICAS, Resistencia al Desgaste de los Áridos por medio de la Maquina de Loa Angeles
NLT-149/91, 2000)
24 (PÚBLICAS, Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por medio del ensayo
cántabro de perdida por desgaste NLT-352/00, 2000)
25 Normativa Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón
56
una cierta cantidad de agua en evacuarse del tubo del permeámetro pasando a
través de dos marcas, filtrándose en la mezcla. Estudios españoles han podido
determinar un correlación entre permeabilidad y tiempo de evacuación. Si bien
esta metodología fue diseñada para medir permeabilidad in situ de las mezclas
drenantes, este permeámetro se utiliza también en laboratorio26.
Esta metodología contempla los siguientes pasos:
Caracterización de los agregados y elección de la curva granulométrica.
Tabla 2.1: Husos Granulométricos para Mezclas Asfálticas
Drenantes de la Normativa Española.
Fuente: Norma NLT-352/86
Caracterización del asfalto y elección del porcentaje de diseño
Siguiendo las normas de ensayo respectiva, se obtiene las propiedades del
asfalto necesarias para caracterizarlo como un asfalto para mezclas drenantes.
Se obtiene además las temperaturas de mezclado y compactación para la
elaboración de las briquetas de ensayo (Española, 2000).
Elaboración de briquetas de ensayo
Las briquetas de ensayo se fabrican siguiendo el procedimiento dado en la
norma ASTM D-1559 “Resistencia a la deformación plástica de mezclas
bituminosas compactadas”. Las briquetas se compactan con un número de 50
26
(Rojas y Ruiz, 2005)
57
golpes por cara con un martillo normalizado. Las briquetas se elaboran en
número de tres por cada porcentaje de ligante desde 2.50% hasta 4.50% con
un intervalo de 0.50% de peso de agregado. (Normativa Española. Riesgos
Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón)
Determinación de las propiedades de las briquetas de ensayo
Para las briquetas elaboradas, se determina de densidad bulk y el porcentaje
de vacíos, según norma ASTM3203 o INV 735. Para la determinación de la
densidad bulk de cada briqueta, el volumen se obtiene de forma geométrica.
Ejecución del ensayo cántabro seco.
Consiste en someter al desgaste cada briqueta a 100, 200, y 300 revoluciones
en la máquina de los ángeles (sin carga abrasiva), previo a mantenerles a 25ºC
o temperatura ambiente durante un periodo mínimo de 6 horas según la norma
NLT-352 “Caracterización de mezclas bituminosas abiertas por medio del
Ensayo Cántabro de perdida por desgaste”. (Normativa Española. Riesgos
Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón)
Ejecución del ensayo cántabro húmedo.
Consiste en someter al desgaste cada briqueta a 100, 200 y 300 revoluciones
en la máquina de los ángeles (sin carga abrasiva), previo a mantenerlas a 25ºC
o temperatura ambiente durante un periodo de 6 horas después de haberlas
mantenido en inmersión de baño de maría a 60ºC durante 24 horas, según la
norma NLT-362 “Efecto del agua sobre la cohesión de mezclas bituminosas
abiertas, mediante el Ensayo de Cántabro de perdida por desgaste”. (Normativa
Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón)
Elección del porcentaje óptimo de ligante.
Se realiza en base a los valores de densidad bulk, porcentajes de vacíos y
perdidas al cántabro seco y húmedo versus contenido de ligante asfaltico.
58
2.2.5.9 Mantenimiento del pavimento permeable
Es una realidad ineludible la necesidad de trabajar seriamente en la
conservación de los pavimentos drenantes, ya que estos pavimentos son
capaces de drenar el agua, siempre y cuando esta capacidad drenante se
mantenga, si es posible, durante todo el tiempo de la vida útil del pavimento.
Es evidente que un pavimento drenante actúa como tal, mientras su contenido
de vacíos es suficientemente elevado para permitir que a través de éste pasa
un flujo razonable de agua, igualmente es innegable que los poros de la mezcla
tienden a colmatarse con el tiempo.
Por lo tanto conservar un pavimento permeable implica tomar, además de las
medidas convencionales, otras específicas. (Institute, El Asfalto en la
Preservacion y el Mantenimiento del Pavimento, 2009)
2.2.5.10 Medidas para conservar la permeabilidad
El problema de estas mezclas reside en su rápida colmatación por polución,
con la consiguiente disminución de su utilidad. Es aquí en donde la vida útil
toma un aspecto de máxima importancia.
Como en cualquier otro pavimento la conservación debe estar presente desde
el mismo instante de su concepción. Los factores que influyen en la
colmatación son:
La calidad de la polución.
El tamaño y la estructura de los vacíos.
La velocidad del tránsito y el efecto de limpieza del mismo.
El mantenimiento para evitar dicho fenómeno se realiza con equipos especiales
(provistos con aspiración o presión, ambos combinados con la acción del
agua), en periodos de tiempo, que varían según las necesidades. Las
59
recomendaciones son variadas y están fundamentalmente en la experiencia, se
recomienda en muchos casos, entre 6 y 36 meses, aunque lo ideal fuera una
vez por año27.
Se hace necesario la evaluación periódica del estado actual de un pavimento,
dicha evaluación es realizada midiéndola permeabilidad mediante un
permeámetro, con lo que se busca conocer el tiempo en segundos que una
determinada cantidad de agua tarda en pasar a través de una superficie
prefijada del pavimento. En España el dispositivo normalizado para tal fin es el
LCS, NTL327/88 “Medida de la permeabilidad in situ de pavimentos drenantes”.
El comportamiento invernal es uno de los puntos delicados de las mezclas
drenantes. En las zonas con heladas, la cuestión del mantenimiento invernal es
una preocupación importante que limita el empleo. En climas de intensos fríos
deben organizarse los equipos de mantenimiento de forma aún más efectiva
que en las situaciones convencionales, actuar con anticipación y emplear más
fundentes. En aquellos casos que no puedan tomarse estas preocupaciones es
mejor evitar la colocación de mezclas drenantes28.
2.2.5.11 Filler
Los fillers son sustancias finamente divididas, las cuales son insolubles en
asfalto pero pueden ser dispersadas en él, como un medio de modificar sus
propiedades mecánicas y consistencia. Usualmente son sustancias minerales y
materiales orgánicos tales como madera y corcho, raramente se utilizan. Los
típicos fillers minerales son: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible
pulverizada, talco, sílice, etc. (Ruiz, 2000)
27 (Institute, El Asfalto en la Preservacion y el Mantenimiento del Pavimento,
2009)
28 Normativa Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón
60
El efecto general de la adicción de fillers es endurecer el asfalto. En términos
prácticos, significa que existirá una reducción en su deformación o fluencia
producida por una carga, un incremento en su punto de ablandamiento, una
reducción en su penetración y un incremento en la rigidez. La propiedad de
endurecimiento o rigidez depende de la cantidad de fillers agregado o del
tamaño de la partícula, así como de la forma de la misma. Fillers tales como
polvo de tiza producen un efecto menor.
Fillers normales, el efecto fillers sobre la penetración y el punto de
ablandamiento del asfalto es proporcional a la concentración del filers, para
concentraciones de hasta un 40% del filler / asfalto. (Institute, El Asfalto en la
Preservacion y el Mantenimiento del Pavimento, 2009)
Fillers tipo fibra, el límite es menor a 40%.
Para la elección de fillers, los siguientes factores deben ser considerados:
Fillers de abestos no son adecuados para aplicaciones en al cual la
mezcla es utilizada como un sellante o un protector en continuo contacto
con un líquido, debido a que las fibras de abesto pueden transportar el
líquido a través del asfalto29.
Fillers que pueden absorber agua no deben ser utilizados cuando el
asfalto este en contacto con el agua.
Si el asfalto va a ser utilizado como un protectivo resistente a los ácidos,
los sílices deben ser sílices.
El uso de cal como filler mejora la adhesión del asfalto a las superficies
minerales (piedra, vidrio, etc.) en presencia de agua.
Los fillers deben ser mezclados con el asfalto en un mezclador a una
temperatura tal que la viscosidad se encuentre alrededor de 200cst.
El filler debe ser agregado gradualmente para no enfriar al asfalto rápidamente,
y mezclado en forma continua para permitir la salida de aire ocluido en la masa
29
(Reyes, 2000)
61
de asfalto. Mezclas de asfalto / filler deben mantenerse en proceso de mezcla
para prevenir la sedimentación del filler. (Ruiz, 2000)
Los áridos deberán clasificarse y acopiarse en al menos tres fracciones:
gruesa, fina, polvo mineral (flller).
El filler total deberá estar formando por un mínimo de 50% de aportación y el
porcentaje restante proviene del árido.
2.2.6 METODO CONSTRUCTIVO
Cuando la mezcla porosa llega al lugar de colocación, tiende a verse
abundante debido al mayor espesor de la película y la escasez de material fino.
Esto es normal. Por lo general el espesor del pavimento permeable es de 4”.
(Rojas y Ruiz, 2005)
Las mezclas porosas no se usan sobre superficies de pavimentos
desniveladas. La mezclas porosas no se colocan sobre climas fríos, severas
fallas se atribuyen a la perdida de vínculos entre las mezcla porosa y el clima
frio. Muchos casos se especifican la temperatura mínima que va entre 16ºC a
21ºC para la colocación de la mezcla.
El procedimiento normal de compactación es 2 a 3 pasadas sobre la superficie
con rodillo con llanta de acero de 8 a 12 toneladas de peso. No se deben
utilizar rodillos neumáticos o vibratorios. El rodillo vibratorio degrada el material
y el rodillo neumático tiende a levantar el asfalto. Otro problema con el rodillo
neumático es que cierra excesivamente los vacíos debido a la acción de las
llantas. Los valores bajos de vacíos no permiten un buen drenaje del agua a
través de la superficie30.
Los tiempos disponibles de compactación de la mezcla drenante son menores
que en una tradicional.
30
(Nuñez, 2001)
62
El control de calidad de las mezclas porosas es similar a las mezclas densas.
La primera diferencia es que no requieren compactación de campo o
laboratorio. Los ensayos generalmente son: contenido de asfalto,
granulometría, espesor. Estos ensayos se realizan rutinariamente para
asegurar una mezcla satisfactoria.
El proceso de control de calidad de campo debe ser realizado con un
supervisor con experiencia en este tipo de mezcla. Las fallas más frecuentes
que pueden ocurrir son: drenaje de asfalto, levantamiento de la mezcla detrás
de la pavimentadora y el procedimiento inapropiado de pavimentación.
La superficie de la mezcla porosa debe mostrar una adecuada resistencia al
patinaje, sobre todo en climas lluviosos.
Las juntas deben tratarse con cuidado. Siempre que sea posible, se extenderá
a todo lo ancho para evitar juntas longitudinales. El corte del asuntas deben
realizarse de manera que no se produzcan barreras a la salida de agua, lo que
provocaría el afloramiento de dicha zona.
Terminar lo más rápido posible las juntas para así evitar su degradación por el
paso de los equipos de trabajo o el tráfico en general. Evitar las juntas
transversales en zonas de pendientes.
La apertura al tráfico debe realizarse con la mezcla suficientemente fría debido
a que las condiciones extremas de calor dificultan el enfriamiento de la mezcla.
Incluso le da poca estabilidad31.
2.2.6.1 Parámetros de diseño de la muestra
a) Asfalto
Se utilizara cemento asfaltico de tipo AP con penetración 60 – 70.
b) Mezcla Drenante
31 Minaya Ordoñez (2006). Diseño Moderno de Pavimentos asfalticos. (Lima: ICG)
63
La mezcla drenante deberá tener una estabilidad Marshall superior a 800 libras
y un contenido de vacíos entre el 20% al 25%.
c) Formula Ideal
Es el porcentaje óptimo de cada elemento que interviene en el diseño de un
compuesto, luego de haberlo diseñado con diferentes porcentajes y observado
sus resultados.
Para la elaboración de la formula maestra:
Los agregados serán calentados a una temperatura del orden de 60ºc.
El cemento asfaltico se calentara a una temperatura comprendida entre
130ºC y 150ºC.
Las briquetas serán confeccionadas en molde de 4’’ de diámetro y
compactadas con 50 golpes con el martillo de 10 libras, según método
Marshall.
El porcentaje óptimo de asfalto se lo obtendrá de la confección de juegos
de briquetas con diferentes porcentajes de asfalto.
Las briquetas serán curadas el medio ambiente (25ºC) por 48 horas,
luego de lo cual un set de briquetas, previo a la obtención del peso
unitario, deberán ser ensayadas directamente para determinar las
propiedades Marshall; el otro set de briquetas será sometidas a
calentamiento durante 30ºC a 40ºC por medio de baño María, es decir,
que el agua no esté directamente en contacto con la briqueta y
posteriormente serán saturadas al medio ambiente por 48 horas y se
procederá a obtener el peso unitario y las propiedades Marshall, que es
la condición más desfavorable.
Para el control en planta y obra, se observara el mismo procedimiento
anterior.
Para realizar el proyecto de una mezcla por esta metodología, se escoge el
huso granulométrico, se establecen distintos porcentajes de ligante, se
64
moldean tres probetas por cada tenor de ligante y se realiza el ensayo de
penetración32.
Por definición, el cálculo de esfuerzo se realiza considerando el valor medio
entre el área del pistón y área de la base de la probeta.
Los distintos esfuerzos de penetración son graficados para cada tipo de mezcla
y sus respectivos porcentajes de ligante asfaltico. De dicha grafica se obtiene el
máximo esfuerzo de penetración, que corresponde a un porcentaje de ligante
que es adoptado como ligante de diseño.33
2.2.7 DRENAJE VIAL
Como se sabe el agua es uno de los mayores problemas en el diseño y
conservación de los caminos en razón de disminuir la resistencia de los suelos
afectando los terraplenes, cortes y pavimentos. En consecuencia, el drenaje es
un factor esencial para canalizar en forma adecuada las condiciones de
escurrimiento. (Haba, 2011)
El drenaje longitudinal y el diseño de las cunetas para interceptar el agua que
escurre de la corona, del talud de corte y del terreno adyacente cumple una
función importante.
Pavimento permeable es una gama de materiales y técnicas para pavimentos
permeables con una base y sub-base que permite la circulación de las aguas
pluviales a través de la superficie sostenible. Además de la reducción de la
escorrentía, esta trampas eficazmente los sólidos en suspensión y filtros de
contaminantes del agua. Los ejemplos incluyen las carreteras, caminos,
jardines y lotes que están sujetos al tráfico de vehículos ligeros, como
aparcamiento de coches/lotes, ciclo-rutas, servicio o carriles de acceso de
emergencia, por carretera y los hombros al aeropuerto, y las aceras
residenciales y vías de acceso.
32 Muñoz y Ruiz (2001). Metodología de diseño y colocación de mezclas drenantes. 33 García Haba Eduardo (2011). Control de Escorrentías Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterráneos. (Valencia: Universidad Politécnica)
65
A pesar de algunos materiales de pavimentación porosos aparecen casi
indistinguibles de materiales no porosos, sus efectos ambientales son
cualitativamente diferentes. Si el concreto permeable, asfalto poroso,
adoquines o adoquines base de hormigón o plástico, todos estos materiales
permeables permiten que se filtre a las aguas pluviales y de infiltrarse en las
superficies tradicionalmente impermeables a la tierra abajo. El objetivo es el
control de las aguas pluviales en la fuente, reducir el escurrimiento y mejorar la
calidad del agua mediante el filtrado de contaminantes en las capas de
sustratos34.
El desempeño del pavimento permeable lo hace apropiado para su utilización
vial, debido a las buenas condiciones de permeabilidad y almacenamiento
señaladas. Se determina que los ingresos de agua provenientes de las
precipitaciones sobre el área atravesada por la carretera, sean transitados de
forma tal que es posible disminuir las dimensiones de los drenajes viales
(cunetas y subdrenes).
A continuación se define una serie de criterios básicos para elementos de
drenaje subterráneo, los cuales son los más utilizados en la construcción de
carreteras en nuestro país. (Camaniero, 2006)
2.2.7.1 Efectos del agua sobre el pavimento35
Los efectos del agua cuando se encuentra atrapada dentro del pavimento son
los siguientes:
Obligadamente reduce la resistencia de los materiales granulares.
Reduce la resistencia de los suelos de la subrasante cuando ésta se
satura y permanece en similares condiciones durante largos periodos.
Succiona los suelos de apoyo de los pavimentos de concreto con las
consiguientes fallas, grietas y el deterioro de hombros.
34 García Haba Eduardo (2011). Control de Escorrentías Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterráneos. (Valencia: Universidad Politécnica)
35
(URBANISMO, 2008)
66
En el diseño de pavimentos, debe siempre tratarse de que tanto la subrasante,
subbase y base estén protegidas de la acción del agua. Al considerar las
posibles fuentes de agua, es conveniente proteger la sección estructural de
pavimento de la entrada de agua, por lo que es necesario interceptar el agua
que corre superficialmente lo mejor posible, así como sellar la superficie del
pavimento.
Generalmente se da una considerable atención al efecto de interceptar el agua
superficial, mientras se da una menor atención al sellado de la superficie para
evitar la infiltración de lluvia. Como resultado, una considerable cantidad de
agua a menudo dentro de la parte inferior de la estructura de pavimento,
obligando la necesidad de construir algún tipo de drenaje. (Haba, 2011)
Los métodos de diseño de pavimentos, depende de la práctica de construir
pavimentos fuertes para resistir el efecto combinado de cargas y agua.
Cualquiera de ellos no siempre toman en cuenta los efectos potenciales de
destrucción que tiene el agua dentro de la estructura de pavimento; por lo cual
se hace énfasis en la necesidad de excluir el agua del pavimento y proveer un
rápido drenaje.
2.2.7.2 Consideraciones de drenaje en el diseño de
pavimento
Un buen drenaje mantiene la capacidad soporte de la subrasante (mantiene el
módulo de resiliencia cuando la humedad es estable) lo que hace un camino de
mejor calidad, así como permite en determinado momento el uso de capas de
soporte de menor espesor. (Haba, 2011)
En la siguiente tabla se dan los tiempos de drenaje que recomienda la
ASSHTO. Dichas recomendaciones se basan en el tiempo que es necesario
para que la capa de base elimine la humedad cuando ésta tiene un grado de
saturación del 50%; pero es de hacer notar que un grado de saturación del
85% reduce en buena medida el tiempo real necesario para seleccionar la
calidad de un drenaje.
67
Calidad del drenaje 50% de saturación 85% de saturación
Excelente 2 horas 2 horas
Bueno 1 día 2 a 5 horas
Regular 1 semana 5 a 10 horas
Pobre 1 mes de 10 a 15 horas
Muy pobre El agua no drena mayor de 15 horas
Tabla 2.2: Tiempos de Drenaje de la ASSHTO.
Fuente: Manual ASSHTO, 1993
a) Zanjas drenantes
Consisten en zanjas profundas que actúan al mismo tiempo como drenes
superficiales y como sistemas de abastecimiento del nivel freático. Para que se
produzca, las zanjas deben profundizarse por debajo del nivel freático. Se
produce entonces un afloramiento de aguas subterráneas en las paredes de la
zanja. Cuando las zanjas drenantes pretendan el rebajamiento del nivel
freático, al agua fluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se
infiltrara por el material de relleno hasta el fondo y fluirá por este36.
36 García Haba Eduardo (2011). Control de Escorrentías Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterráneos. (Valencia: Universidad Politécnica)
68
Gráfico 2.3: Zanja Drenante Longitudinal
Fuente: Control de escorrentías urbanas
b) Ubicación
El trazado y las características geométricas de las zanjas drenantes lo definirá
el tipo de proyecto, que podrá ubicarse bajo cunetas revestidas siempre que se
adopten medidas para que no se produzcan filtraciones bajo las mismas.
Si el terreno natural y el relleno de la zanja no cumplieran condiciones de filtro,
se dispondrá un elemento separador que cumpa dichas condiciones, con el fin
de evitar las migraciones de finos que podrían producir erosión interna en el
terreno y colmatación en el relleno de la zanja.
Si el fondo de la zanja no estuviera situado en terreno impermeable, sé deberá
considerar la conveniencia de impermeabilizarlo. Cuando se lleve a cabo la
impermeabilización artificial del fondo, se recomienda disponer una solera de
hormigón con sección transversal en forma “V”.
69
c) Filtros y materiales drenantes
El filtro evita una excesiva migración de partículas al suelo y simultáneamente
permite el paso del agua, esto explica que el geo textil (los filtros utilizados más
frecuentemente son los rellenos localizados de material drenante y los geo
textiles) debe tener una abertura aparente máxima adecuada para poder
retener el suelo cumpliendo simultáneamente con un valor mínimo admisible de
permeabilidad, que permita el paso del flujo de manera eficiente. (Institute, El
Asfalto en la Preservacion y el Mantenimiento del Pavimento, 2009)
d) Tubería drenante
La tubería drenante es una tubería perforada, ranurada, etc., que normalmente
estará rodeada de un relleno de material drenante o un geo textil, y que
colocada convenientemente permite la captación de aguas freáticas o de
infiltración37.
El diámetro interior de los tubos aceptados en nuestro país será de ciento diez
milímetros (110mm), salvo justificación en contra del proyecto afectado,
teniendo en cuenta las necesidades de limpieza y conservación del sistema38.
e) Subdrenes 100% sintéticos
Debido a la dificultad de obtener materiales naturales para los subdrenes y con
el desarrollo de las mallas sintéticas, se está haciendo popular el uso de los
subdrenes 100% sintéticos, los mismos que constan de tres elementos básicos:
Geomalla: Se trata de una red sintética construida en tal forma que se
forman unos canales que facilitan el flujo de agua.
Geo textil: La geomalla de envuelve en un geo textil, el cual actúa como
filtro impidiendo el paso de partículas de suelo hacia la geomalla y
permitiendo a su vez el flujo de agua.
37
(Gere, 2005)
38 García Haba Eduardo (2011). Control de Escorrentías Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterráneos. (Valencia: Universidad Politécnica)
70
Tubo colector perforado: En el extremo inferior de la geomalla y
envuelto por el geo textil se coloca una manguera perforada PVC
especial para subdrenes, la cual recoge y conduce el agua recolectada
por la geomalla.
(Suarez, Control de aguas superficiales y subterráneas, 2006)
2.2.7.3 Construcción
Los pavimentos porosos demandan un control y una instalación más rigurosa
que los pavimentos tradicionales. En todo caso debe seguirse las
recomendaciones de construcción propuestas para los pavimentos normales y
agregarse las que se mencionan a continuación de manera de asegurar que
adicionalmente satisfagan las condiciones de permeabilidad e infiltración que
los hacen útiles para el drenaje urbano. Para ello pueden considerarse las
recomendaciones contenidas en la publicación.
(Suarez, Control de aguas superficiales y subterráneas, 2006)
a) Precauciones para evitar la colmatación en ela fase de
construcción
Los pavimentos porosos son muy sensibles a la colmatación de la carpeta de
rodadura y de los estratos o capas inferiores. Para evitar este problema es
importante impedir todo aporte de tierra, para lo cual se debe aislar del
pavimento las superficies que aportan los finos y proteger la entrada de agua
durante la construcción, utilizando un relleno y un geo textil, evitando que la
obra entre en operación antes que se encuentra. Es importante que exista una
continua vigilancia de posibles fuentes de finos en la misma construcción, tales
como almacenamiento de materiales en zonas cercanas, traslado de la tierra,
desplazamiento de camiones y construcciones próximas. También es
importante evitar el tránsito de personas y materiales sobre la obra misma en
sus diferentes etapas.
71
En ningún caso debe permitirse la acumulación de materiales sobre los
pavimentos porosos terminados, y menos aún la realización de faenas de
construcción sobre ellos, como elaboración de morteros u hormigones.
En zonas urbanizadas densas ya construidas debe proveerse de accesos
provisorios durante la construcción39.
b) Control de dimensiones
Además de las condiciones necesarias para que el pavimento se comporte bien
desde el punto de vista estructural es importante respetar las dimensiones
estimadas a partir del estudio hidráulico para que se satisfagan las condiciones
de infiltración y almacenamiento.
Control de la altura o espesor de cada uno de los estratos de diferentes
materiales colocados en el terreno. Un espesor demasiado débil en algún
estrato, puede llevar a problemas mecánicos del pavimento, o a una reducción
del volumen de almacenamiento, o cambios en las condiciones de infiltración.
(Suarez, Control de aguas superficiales y subterráneas, 2006)
c) Control de calidad de materiales
Adicionalmente a las propiedades de calidad de los materiales de la superficie
de rodado, los materiales de rodado para el almacenamiento de un pavimento
poroso deben satisfacer diferentes requisitos. En primer lugar debe asegurarse
que se encuentran limpios y lavados antes de su colocación de manera que se
encuentren libres de material finos que pueda formar una capa impermeable
una vez que la oba entra en servicio.
Además se debe poner atención a la porosidad eficaz, con el fin de evitar una
reducción del volumen de almacenamiento. Es recomendable controlar y medir
la porosidad en la condiciones de colocación de material sobre la base y de la
39
García Haba Eduardo (2011). Control de Escorrentías Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterráneos. (Valencia: Universidad Politécnica)
72
subbase del pavimento asegurando que sea al menos igual al 30%. Los
materiales granulares deben poseer un dureza que aseguren que no se
desmenuzaran durante la construcción y nuevas obras. Para eso deben de
verificarse que el porcentaje de perdida por desgaste en el ensayo de la
máquina de Los Ángeles el cual debe de ser menor al 35% de acuerdo a la
norma chilena Nch1369. Se debe controlar la granulometría de los materiales
utilizados para la base, y filtros de grava, y evitar la presencia de finos. Rojas y
Ruiz (2005). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas Drenantes
d) Transporte de la mezcla
Deben consistir en camiones de caja lisa, perfectamente limpia. La caja debe
ser tratada con una lechada de agua y cal, una solución de agua jabonosa o
emulsión siliconada antiadherente.
No se permite el rociado de la caja con solventes derivados del petróleo como
por ejemplo diesel. La forma y altura de la caja debe ser tal que, durante el
vertido en la terminadora, el camión sólo toque a ésta a través de los rodillos de
empuje provistos al efecto.
Los camiones deben estar siempre provistos de una lona o cobertor adecuado
que cubra lateral y frontalmente con un solape mínimo de 0.30 m. debidamente
ajustado a la caja. Esta condición debe observarse con independencia de la
temperatura ambiente; no se permite el empleo de coberturas que posibiliten la
circulación del aire sobre la mezcla40.
e) Extensión de la mezcla
La terminadora se debe regular de forma que la superficie de la capa extendida
resulte lisa y uniforme, sin segregaciones térmicas o de materiales, ni arrastres,
y con un espesor tal que, una vez compactada, se ajuste a la rasante y sección
transversal indicadas en los Planos del Proyecto.
40
Rojas y Ruiz (2005). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas Drenantes
73
La extensión se debe realizar con la mayor continuidad posible, sincronizando
la producción de la mezcla asfáltica y su transporte de modo que la
terminadora no se detenga. En caso de detención, se debe comprobar que la
temperatura 167de la mezcla que quede sin extender en la tolva de la
terminadora y debajo de ésta, no baje de la prescrita en la fórmula de obra para
el inicio de la compactación; de lo contrario, se debe ejecutar una junta
transversal y desechar la mezcla defectuosa.
f) Juntas transversales y longitudinales
En su libro Rojas y Ruiz nos redactan como tenemos que realizar las juntas de
construcción las cuales se detallas a continuación.
Cuando con anterioridad a la extensión de la carpeta asfáltica drenante se
ejecuten otras capas asfálticas, se debe procurar que las juntas transversales
de capas superpuestas guarden una separación mínima de 1,5 m y de 0,15 m
para las longitudinales.
Las juntas longitudinales de cada franja de extendido no deben cortarse ni
regarse con ligante bituminoso de liga para que no se produzcan barreras a la
salida del agua, lo que provocaría afloramientos en dichas zonas.
Las juntas transversales se deben compactar transversalmente, disponiendo
los apoyos adecuados fuera de la capa para el desplazamiento del rodillo.
Además las juntas transversales de franjas de extensión adyacentes se deben
distanciar en más de 5 m.
Los tramos cóncavos del perfil longitudinal deberán estudiarse para evitar el
afloramiento del agua en los puntos bajos, conviene aumentar el espesor de
la mezcla en el valle y disponer de sistemas de drenaje para asegurar la
evacuación del agua41.
g) Limpieza
41
Rojas y Ruiz (2005). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas Drenantes
74
Se debe prestar especial atención en no afectar durante la realización de las
obras la calzada existente o recién construida.
Para tal efecto, todo vehículo que se retire del sector de obra debe ser
sometido a una limpieza exhaustiva de los neumáticos, de manera tal que no
marque ni ensucie tanto la calzada como la demarcación.
En caso de detectarse sectores de calzada manchados y/o sucios con material
de obra, dentro del área de obra o fuera de ella, debe de limpiarse para
restituir el estado inicial de la carpeta.
(Suarez, Control de aguas superficiales y subterráneas, 2006)
h) Conductividad hidráulica relativa
La CHR debe ser medida sobre la mezcla colocada y enfriada a temperatura
ambiente. Se debe medir en puntos situados en diagonal -cubriendo derecha,
centro, izquierda- cada 50 metros de carril extendido y a 0,5 m del borde. Se
debe indicar la media móvil de seis lugares de medición consecutivos y los
valores individuales en segundos.
Además debe controlarse que las juntas longitudinales posean también un nivel
de conductividad hidráulica acorde con lo especificado en otras zonas. Por
jornada deben efectuarse como mínimo seis determinaciones. El tiempo de
salida del agua debe estar entre 17 y 25 segundos medida con el permeámetro
LCS (norma española NLT-327-88) corregido a 20 ° C. Se debe medir la
temperatura del agua en el tubo del ensayo y efectuar las correcciones
pertinentes al tiempo medido. En la tabla 5.10 se dan los coeficientes por los
cuales debe dividirse la lectura en segundos cuando la temperatura del agua es
distinta de 20 °C.
75
Tabla 2.3: Coeficientes de Corrección.
Fuente: Comisión Permanente del Asfalto, 2005
Se debe asegurar una correcta conductividad hidráulica transversal observando
la pendiente tanto de la calzada como de los hombros. Antes de efectuar
mediciones con el permeámetro, se deberá regar previamente sobre la zona en
las que se van a efectuar las mediciones utilizando un camión regador.
2.2.7.4 Mantenimiento de los pavimentos drenantes
Sin mantenimiento, los pavimentos permeables pueden estar colmatados en
tres años o pueden mantener su capacidad de infiltración más de 6. Todo
depende del aporte de sedimentos que tenga la zona superficial contigua al
tramo. Mientras, con un correcto mantenimiento, la vida útil de un pavimento
permeable puede alcanzar los veinte años, tanto para superficies continuas,
como discontinuas.
No obstante, el costo del mantenimiento puede llegar a ser elevado y la
frecuencia necesaria de limpieza puede ser alta, dependiendo de las
condiciones específicas de cada localización, por lo que en muchas
aplicaciones se acepta la pérdida de permeabilidad y no se realiza
mantenimiento alguno42.
42
(Institute, El Asfalto en la Preservacion y el Mantenimiento del Pavimento, 2009)
76
En general, el mantenimiento de un pavimento permeable debe programarse
en función de los resultados de una serie de inspecciones periódicas,
realizadas con el objetivo de comprobar los aportes de sedimentos recibidos
por el pavimento permeable. Así, todos los pavimentos permeables deben ser
inspeccionados varias veces durante los primeros meses después de su
construcción y posteriormente, como mínimo una vez al año. Las inspecciones
deben realizarse después de grandes lluvias para comprobar el correcto
funcionamiento de la superficie.
Los diagnósticos realizados durante estas inspecciones deben realizarse en
base a ensayos de capacidad de infiltración en campo, con el permeámetro
LCS43.
Experiencias previas en España han mostrado gran dificultad existente en
recuperar capas permeables muy colmatadas, siendo mucho más efectiva la
limpieza periódica preventiva a la hora de mantener la funcionalidad del
pavimento. Por esta razón, recomendaron realizar limpiezas antes de alcanzar
niveles de colmatación altos, con posibilidad de recuperación. El momento
adecuado para realizar la limpieza seria a inicios de la época lluviosa, y
después de lluvias de alta precipitación que hayan podido ablandar depósitos
de sedimentos, facilitando y mejorando la eficacia del mantenimiento44.
Respecto a las medidas preventivas que minimicen los aportes de sedimentos,
europeos analizaron la evolución a largo tiempo de dos experiencias con
pavimentos permeables. De ambas experiencias extrajeron importantes
conclusiones para el mantenimiento de pavimentos permeables:
Las zonas verdes no deben drenar directamente sobre el pavimento
permeable, minimizando así el principal aporte natural de sedimentos.
43
(PÚBLICAS, Permeabilidad in situ de Pavimentos Drenantes con el Permeámetro LCS NLT-
327/00, 2000)
44 Normativa Española. Riesgos Auxiliares, Mezclas Bituminosas y Pavimentos de
Hormigón
77
Los pavimentos permeables deben ser cubiertos cuando existen obras
cercanas, minimizando así el principal aporte artificial de sedimentos.
La colmatación con tierra vegetal es un riesgo cuya importancia depende del
entorno del pavimento permeable y de las medidas preventivas adoptadas,
siendo posible, en caso de producirse, la limpieza con agua a presión. Además,
la escorrentía procedente de zonas en obra de construcción es la que más
afecta la vida útil de los sistemas de infiltración. El control de la erosión debe
ser más intenso en parques y zonas de obras cercanas a los pavimentos
permeables. En carreteras la erosión puede ser un problema en tramos donde
se ha realizado un corte de la superficie de la tierra45.
Respecto a los mecanismos de limpieza, el más efectivo, empleado en mezclas
asfálticas drenantes, consiste en las proyecciones de agua a presión y el
aspirado inmediato de la suciedad movilizada por el agua, resultando una
limpieza limpia y seca. Este sistema, con pasadas cada seis meses,
comenzando un año después de la puesta en obra de la mezcla porosa, es
capaz de recuperar del 80% al 90% de la permeabilidad inicial.
Por último, ya sea al final de la vida útil o con anterioridad, puede ser necesaria
una restitución de un pavimento permeable. En las mezclas asfálticas
drenantes, los españoles señalan la posibilidad de utilizar mezclas en frio
abiertas para el bacheo, tratando cuidadosamente los bordes para no crear
discontinuidades en la infiltración46.
2.3 FUNDAMENTACION LEGAL
Este trabajo investigativo se basa en la recopilación bibliográfica de normas
españolas NLT, normas colombianas, normas y pruebas AASHTO, ASTM y
normas ecuatorianas viales (NEVI).
45
(PÚBLICAS, Permeabilidad in situ de Pavimentos Drenantes con el Permeámetro LCS NLT-
327/00, 2000)
46 (Española, 2000)
78
2.3.1 PARAMETROS PARA EL DISEÑO
Los materiales que van a intervenir para el diseño de una mezcla porosa, serán
clasificados y ensayados de acuerdo con los parámetros de las Normas
ASSHTO y ASTM, los mismos que se detallan a continuación.
NORMAS ENSAYOS ESPECIFICACION
INVE 765
ASTM 244 Tamizado de las emulsiones asfálticas 0 a 0,1%
ASSHTO T-59
INEN 909
Estabilidad de las emulsiones asfálticas a las
24 horas
Diferencia del 1%
Max
ASSHTO T-59
ASTM D-244
Asentamiento de las emulsiones asfálticas a
los 5 días
Diferencia del 5%
Max
Tabla 3.1: Parámetros de diseño para calificar la Emulsión asfáltica.
Fuente: Normas ASSHTO, ASTM e INEN.
2.3.2 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL
Norma: AASHTO T-27 / ASTM C-136 y AASHTO T-11 / ASTM C-117.
El ensayo de granulometría se lo realiza mediante el proceso de tamizado, que
determina la distribución del tamaño de las partículas de los agregados y la
abundancia de cada una en la muestra. Su tamaño es quien determina si se
trata de partículas finas o gruesas y de acuerdo a las especificaciones de la
ISSA se determina el tipo de material, como se indica en la tabla 3.5.
Para clasificar una muestra de material es común realizar dos ensayos;
granulometría seca y granulometría lavada, que certifican el tipo de agregado
con el que se dispone.
79
2.3.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS MATERIALES
2.3.3.1 Fracción Granular Gruesa
Norma: ASSHTO T-85 y ASTM C-127.
Después del periodo de inmersión, se saca la muestra del agua y se secan las
partículas sobre un paño absorbente de gran tamaño, hasta que se elimina el
agua superficial visible, secando individualmente los fragmentos mayores,
evitar que se evapore el agua contenida en los poros de las partículas del
árido.
A continuación se determina el peso de la muestra en estado saturado
superficialmente seco. Colocar inmediatamente la muestra del árido en estado
saturado superficialmente seco en la canastilla metálica.
Gravedad específica seca aparente
Gravedad especifica Bulk
Gravedad específica saturada superficialmente seca Bulk
80
Dónde:
A: peso en el aire del agregado secado al horno, gr.
B: peso en el aire del agregado saturado superficialmente seco, gr.
C: peso del agregado superficialmente seco sumergido en agua, gr.
2.3.3.2 Fracción Granular Fina
Norma: ASSHTO T-84 y ASTM C-128.
Gravedad Específica seca aparente
Gravedad Específica seca Bulk
Gravedad específica saturada superficialmente seca Bulk
81
Dónde:
A: peso en el aire del agregado seco al horno, g.
B: peso del matraz (picnómetro) con agua, g.
C: peso del matraz (picnómetro) con el agregado y agua hasta la marca, g.
D: peso del material saturado superficialmente seco, g.
2.3.4 ELABORACION DE BRIQUETAS
Norma: ASTM D-1559
Los agregados serán calentados a una temperatura del orden de 60ºC.
El cemento asfaltico se calentara a una temperatura comprendida entre 130ºC
y 150ºC.
Las briquetas serán confeccionadas en molde de 4’’ de diámetro y
compactadas con 75 golpes con el martillo de 10 libras, según método
Marshall.
El porcentaje óptimo de asfalto se lo obtendrá de la confección de juegos de
briquetas con diferentes porcentajes de asfalto.
Las briquetas serán curadas el medio ambiente (25ºC) por 48 horas, luego de
lo cual un set de briquetas, previo a la obtención del peso unitario, deberán ser
ensayadas directamente para determinar las propiedades Marshall; el otro set
de briquetas será sometidas a calentamiento durante 30ºC a 40ºC por medio
de baño María, es decir, que el agua no esté directamente en contacto con la
briqueta y posteriormente serán saturadas al medio ambiente por 48 horas y se
procederá a obtener el peso unitario y las propiedades Marshall, que es la
condición más desfavorable.
82
2.3.5 PRUEBA DE ESTABILIDAD Y FLUJO
Norma: ASTM D-1559
Después de que la gravedad específica se ha determinado, se desarrolla la
prueba de estabilidad y flujo, que consiste en sumergir el espécimen en un
baño María a 60ºC de 30 a 40 minutos antes de la prueba.
Con el equipo de prueba listo se removerá el espécimen de prueba de baño
María y cuidadosamente se secara la superficie, colocándolo y centrándolo en
la mordaza inferior, se procede a colocar la mordaza superior y se centrara en
el equipo de carga, para posteriormente aplicar la carga de prueba al
espécimen a una deformación constante de 51mm (5 pulgadas) por minuto
hasta que ocurra la falla. El punto de falla está definido por la lectura de carga
máxima obtenida.
El número total de Newton (lb) requerido para que se produzca la falla del
espécimen se registra como el valor de estabilidad Marshall. Mientras la prueba
está en proceso se deberá mantener el medidor de flujo sobre la barra guía y
cuando la carga empiece a disminuir que tomar la lectura y registrarla como el
valor de flujo final.
2.3.6 ANALISIS DE DENSIDAD Y VACIOS
Utilizando la gravedad específica y la gravedad específica efectiva del total
agregado, el promedio de las gravedades específicas de las mezclas
compactadas; la gravedad específica del asfalto y la gravedad específica
teórica máxima de la mezcla asfáltica (ASTM D-2041), se calcula el porcentaje
de asfalto absorbido en peso del agregado seco, porcentaje de vacios (Va);
porcentaje de vacios llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de vacios con
agregado mineral (VMA).
83
Gráfico 3.1: Ensayo Marshall
2.3.6.1 Porcentaje en volumen de los agregados
Dónde:
Gmb: bulk promedio de las 3 briquetas
Gsb: gravedad especifica bulk de los agregados
Ps: % agregados = % total - % asfalto utilizado
84
2.3.6.2 Porcentaje total de vacíos
Dónde:
Gmm: Rice
Gmb: bulk promedio de las 3 briquetas
2.3.6.3 Porcentaje de vacíos en los agregados minerales
Dónde:
% Vagr: % volumen de agregados
2.3.6.4 Volumen efectivo de asfalto
Dónde:
Va: volumen de asfalto
Vam: % de vacíos en agregados mineral
85
CAPITULO III
3. METODOLOGIA Y TIPO DE INVESTIGACION
Para el presente estudio fue necesario caracterizar los materiales pétreos
utilizados en el diseño de mezclas asfálticas drenantes con aditivo provenientes
de la cantera del Colibrí.
Se realizó ensayos de laboratorios para la elaboración del diseño de mezcla
drenante.
La metodología utilizada para el desenvolvimiento de la tesis consta de las
siguientes etapas:
Revisión de normas y procedimientos para la realización de ensayos
para diseño de mezclas asfálticas drenantes.
Análisis y preparación del material a utilizar.
Recopilación de información de ensayos de laboratorios provenientes del
diseño de mezcla asfáltica drenante.
Revisión de especificación y procedimientos para el proceso
constructivo.
3.1 TIPO DE INVESTIGACION
En el presente trabajo se aplicará una investigación experimental a partir de las
mediciones de las características de los agregados, mediante ensayos de
laboratorio y sobre diseños de mezclas asfálticas drenantes.
3.2 POBLACION Y MUESTRA
La población la definimos como los diversos tipos de metodologías que se
utilizan para la realización de una mezcla asfáltica drenante.
86
La muestra en estudio son los materiales de la cantera el Colibrí, escogida por
cumplir con las exigencias de calidad que establece el MTOP, para conformar
un uso granulométrico para la realización del diseño de la mezcla asfáltica
drenante, así como también la elaboración de las probetas con diferentes tipos
de porcentajes de asfalto de acuerdo a la normativa utilizada para cada uno de
ellos.
3.3 TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE
DATOS
La recolección de datos para el diseño de la mezcla asfáltica se los realiza de
acuerdo a las normas AASHTO, ASTM, NLT, LNV y MTOP.
La información se toma de los ensayos realizados en laboratorios para:
Determinación de la calidad de materiales.
Aplicación y comprobación del diseño mediante el método Marshall.
Aplicación y comprobación del diseño por el método cántabro vía
húmeda.
Los instrumentos utilizados para la realización de estas técnicas fueron:
Equipo de laboratorio de suelo y asfalto.
Equipos de oficina
Manuales y Especificaciones de diseños de mezclas asfálticas
drenantes.
87
3.4 UBICACIÓN DE MINA
Para la realización de los ensayos de laboratorio y la mezcla definitiva del
pavimento poroso, se ha tomado los materiales provenientes de la Cantera del
Colibrí, los mismos que se procesaron en la planta de trituración ubicada al sur
oriente de la ciudad de Quito.
Coordenadas UTM 0º 20’ 37’’ S
78º 24’ 57’’ O
Fotografía 3.0: Ubicación Mina El Colibrí
88
3.5 ENSAYOS Y DISEÑO DE PAVIMENTO POROSO
3.5.1 GRANULOMETRIA DE ARIDOS
3.5.1.1 Fracción Granular Gruesa Muestra (M-1)
Norma: AASHTO T 88 ASTM D 422
TAMIZ
PESO RETENIDO
ACUMULADO
(Gr.)
% RETENIDO % QUE PASA
2"
1 1/2"
1" 3.439,0 23,4 76,6
3/4" 6.929,0 47,1 52,9
1/2" 11.924,0 81,0 19
3/8" 13.412,0 91,1 8,9
No. 4 14.503,0 98,5 1,5
Pasa el No. 4 216,0 1,5
No. 8
No. 10
No. 16
No. 20
No. 30
No. 40
No. 50
No. 60
No. 80
No. 100
No. 200
Pasa el No. 200
TOTAL 14.719,0
Tabla 3.2: Granulometría Agregado Grueso.
Fuente: José Enrique Nazareno.
89
Gráfico 3.1: Curva Granulométrica Agregado Grueso.
El resultado de la granulometría del material grueso, el cual lo podemos
observar en la tabla No. 3.2 y en el gráfico No. 3.1 está dentro de las
especificaciones establecidas para el diseño de pavimentos determinado en las
normas viales ecuatorianas.
90
3.5.1.2 Fracción Granular Gruesa Media Muestra (M-2)
Norma: AASHTO T 88 ASTM D 422
TAMIZ
PESO RETENIDO
ACUMULADO
(Gr.)
% RETENIDO % QUE PASA
3"
2 1/2"
1 1/2"
1" 0,0 0,0 100
3/4" 0,0 0,0 100
1/2" 4.598,0 29,6 70,4
3/8" 6.032,0 38,9 61,1
No. 4 10.985,0 70,8 29,2
Pasa el No. 4 4.526,0 29,2
No. 8
No. 10
No. 16
No. 20
No. 30
No. 40
No. 50
No. 60
No. 80
No. 100
No. 200
Pasa el No. 200
TOTAL 15.511,0
Tabla 3.3: Granulometría Agregado Grueso Medio.
Fuente: José Enrique Nazareno.
91
Gráfico 3.2: Curva Granulométrica Agregado Grueso Medio.
El resultado de la granulometría del material medio, el cual lo podemos
observar en la tabla No. 3.3 y en el gráfico No. 3.2 está dentro de las
especificaciones establecidas para el diseño de pavimentos determinado en las
normas viales ecuatorianas.
92
3.5.1.3 Fracción Granular FINA Muestra (M-3)
Norma: AASHTO T 88 ASTM D 422
TAMIZ
PESO RETENIDO
ACUMULADO
(Gr.)
% RETENIDO % QUE PASA
3"
2 1/2"
2"
1 1/2"
1"
3/4" 0,0 0,0 100
1/2" 0,0 0,0 100
3/8" 0,0 0,0 100,0
No. 4 0,0 0,0 100
Pasa el No. 4 834,5 100,0
No. 8 106,1 17,7 82,3
No. 10
No. 16 201,2 33,5 66,5
No. 20
No. 30 292,6 48,8 51,2
No. 40 134,8 22,5 77,5
No. 50 346,3 57,7 42,3
No. 60
No. 80
No. 100 412,8 68,8 31,2
No. 200 455,9 76,0 24
Pasa el No. 200 496,8 82,8 17,2
TOTAL 834,5
Tabla 3.4: Granulometría Agregado Fino.
Fuente: José Enrique Nazareno.
93
Gráfico 3.3: Curva Granulométrica Agregado Fino.
El resultado de la granulometría del material fino, el cual lo podemos observar
en la tabla No. 3.4 y en el gráfico No. 3.3 está dentro de las especificaciones
establecidas para el diseño de pavimentos determinado en las normas viales
ecuatorianas.
Obtenida la granulometría y especificación de la muestra, se realizan ensayos
que determinarán su comportamiento en el diseño. Basándose en sus
propiedades, el agregado debe cumplir con los siguientes requisitos:
94
3.5.2 GRAVEDAD ESPECIFICA
3.5.2.1 Gravedad Especifica Muestra Gruesa (M-1)
Norma: ASSHTO T-85 y ASTM C-127.
GRAVEDADES ESPECIFICAS
AGREGADO GRUESO
Material que pasa el tamiz 3/4 " y es retenido en el tamiz # 4
A : Peso en el aire de la muestra secada al horno : 4.834,10 gr
B : Peso en el aire de la muestra saturada : 5.000,00 gr
C : Peso en el agua de la muestra saturada : 3.031,00 gr
Gravedad Especifica de masa 2,455 gr/cm3
Gravedad Especifica de s.s.s. 2,539 gr/cm3
Gravedad Especifica aparente 2,681 gr/cm3
% de absorción 3,43%
Tabla 3.5: Gravedad Específica Agregado Grueso
Fuente: José Enrique Nazareno.
La muestra gruesa cumple con la normativa de gravedad y densidad especifica.
95
3.5.2.2 Gravedad Especifica Muestra Media (M-2)
Norma: ASSHTO T-85 y ASTM C-127.
GRAVEDADES ESPECIFICAS
AGREGADO GRUESO
Material que pasa el tamiz 1/2 " y es retenido en el tamiz # 4
A : Peso en el aire de la muestra secada al horno : 4.872,20 gr
B : Peso en el aire de la muestra saturada : 5.000,00 gr
C : Peso en el agua de la muestra saturada : 3.045,00 gr
Gravedad Especifica de masa 2,492 gr/cm3
Gravedad Especifica de s.s.s. 2,558 gr/cm3
Gravedad Especifica aparente 2,666 gr/cm3
% de absorción 2,62%
Tabla 3.6: Gravedad Específica Agregado Medio
Fuente: José Enrique Nazareno.
La muestra del agregado medio cumple con la normativa de gravedad y
densidad especifica.
96
3.5.2.3 Gravedad Especifica Muestra Fina (M-3)
Norma: ASSHTO T-84 y ASTM C-128.
GRAVEDADES ESPECIFICAS
AGREGADO FINO
Material que pasa el tamiz # 4 y es retenido en el tamiz
A : Peso en el aire de la muestra secada al horno : 490,70 gr
V : Volumen de la Probeta : 500,00 gr
W : Peso en gramos o volumen en ml. del agua añadida : 308,10 gr
Gravedad Especifica de masa 2,557 gr/cm3
Gravedad Especifica de s.s.s. 2,606 gr/cm3
Gravedad Especifica aparente 2,687 gr/cm3
% de absorción 1,90%
Tabla 3.7: Gravedad Específica Agregado Fino
Fuente: José Enrique Nazareno.
La muestra del agregado fino cumple con la normativa de gravedad y densidad
especifica.
97
3.5.3 GRAVEDAD ESPECIFICA MEZCLA ASFALTICA
Norma: ASTM D-1559
GRAVEDAD BULK 100,0
ARIDO 2 99,1 0,9
2,492 2,492
GRAVEDAD BULK 100
15 70 15
2,455 2,492 2,557
C. ASFALTO: 6,25%
PESO ASFALTO: 62,50
GRAVEDAD EFECTIVA 1000 - 62,5
1.000 62,5
2,920 1,014
PORCENTAJE 3,339 - 2,496
DE ABSORCION 3,339 x 2,496100 x x 1.016 = 10,28%
= 2,496
+ +
= 2,492
+
= 3,339
+
GRAVEDAD ESPECIFICA MEZCLA ASFALTICA
Tabla 3.8: Gravedad Específica Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
98
3.5.4 GRAVEDAD ESPECIFICA RICE MEZCLA ASFALTICA
Norma: ASTM D-1559
Peso del
Material
Peso
Picnometro +
Agua
Peso
Picnometro +
Agua +
Material
Gravedad
Maxima
Medida
(RICE)
gr gr gr gr/cm3
1 2,5% 1.018,0 6.490 7.164 2,959
2 3,0% 1.020,0 6.490 7.163 2,939
3 3,5% 1.028,0 6.490 7.166 2,920
4 4,0% 1.024,0 6.490 7.160 2,893
5 4,5% 1.039,0 6.490 7.164 2,847
Muestra % Asfalto
Tabla 3.9: RICE Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
Dónde:
A: peso de la muestra
D: peso del envase (matraz + agua)
E: peso del envase (matraz + agua + muestra)
99
3.5.5 METODO MARSHALL
Norma: ASTM D-1559
PESO EN GRAMOS PESO ESPECIFICO VOLUMEN - % TOTAL
SECA EN
AIRE
S. S. S. EN
AIRE
EN
AGUA"BULK"
MAXIMO
MEDIDO
AGREGAD
OS
VACIOS EN
AIREMEDIDA
CORREGID
A
a b c d e f g i k l n q r s t u
FECHA:
1 893,7 918,3 511,1 407,2 2,195 1,47 1.605 2.359 7 728
2 941,7 970,1 538,4 431,7 2,181 1,32 1.653 2.183 5 750
3 950,4 980,6 543,4 437,2 2,174 1,32 1.609 2.124 7 730
Promedio 2,50 2,183 2,959 85,29 26,22 14,71 2.222 6
FECHA:
1 1.028,1 1.056,7 591,4 465,3 2,210 1,19 1.885 2.243 8 855
2 1.034,7 1.065,6 597,6 468,0 2,211 1,19 1.929 2.296 9 875
3 1.003,1 1.031,4 579,1 452,3 2,218 1,25 1.973 2.466 8 895
Promedio 3,00 2,213 2,939 85,99 24,72 14,01 2.335 8
FECHA:
1 1.022,7 1.053,8 606,5 447,3 2,286 1,25 2.039 2.549 12 925
2 1.043,3 1.071,2 604,9 466,3 2,237 1,19 2.052 2.442 10 931
3 1.032,6 1.061,9 601,5 460,4 2,243 1,19 2.028 2.414 12 920
Promedio 3,50 2,256 2,920 87,20 22,77 12,80 2.468 11
FECHA:
1.021,8 1.048,4 592,4 456,0 2,241 1,25 1.799 2.249 12 816
1.029,5 1.057,1 600,6 456,5 2,255 1,19 1.817 2.162 14 824
1.055,0 1.079,8 612,2 467,6 2,256 1,19 1.786 2.125 12 810
Promedio 4,00 2,251 2,893 86,57 22,19 13,43 2.178 13
FECHA:
1.043,9 1.065,5 602,9 462,6 2,257 1,19 1.583 1.884 14 718
1.039,3 1.058,9 598,0 460,9 2,255 1,19 1.567 1.865 16 711
1.045,0 1.063,4 594,4 469,0 2,228 1,19 1.572 1.871 15 713
Promedio 4,50 2,247 2,847 85,96 21,08 14,04 1.873 15
% DE
ASFALTO
MEZCLA
No.VOLUMEN
VACIOS EN
AGREGADO
S
M INERALES
ESTABILIDAD - LB
FACTOR DE
CORRECCIO
N
CARGA
DIAL
FLUJO
0.01"
Tabla 3.10: MARSHALL Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
Se obtiene un porcentaje de asfalto óptimo de 4.00%, de acuerdo a los
ensayos realizados por el método Marshall.
De acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto tenemos un porcentaje de
vacíos de 22.00%, el mismo que cumple con las especificaciones
recomendadas.
100
2,183
2,213
2,256 2,251
2,247
2,160
2,180
2,200
2,220
2,240
2,260
2,280
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
PE
SO
UN
ITA
RIO
% DE ASFALTO
Gráfico 3.2: Peso Unitario vs % de Asfalto
26,222
24,724
22,768
22,192
21,079
20,00
21,00
22,00
23,00
24,00
25,00
26,00
27,00
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
% V
AC
IOS
% DE ASFALTO
Gráfico 3.3: % de Vacíos vs % de Asfalto
101
2222
2335
2468
2178
1873
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
ES
TA
BIL
IDA
D
% DE ASFALTO
Gráfico 3.4: Estabilidad vs % de Asfalto
14,71
14,01
12,80
13,43
14,04
12,00
13,00
14,00
15,00
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
V. A
. M
.
% DE ASFALTO
Gráfico 3.5: VAM vs % de Asfalto
102
6,00
8,00
11,00
13,00
15,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
Flu
jo
% DE ASFALTO
Gráfico 3.6: Flujo vs % de Asfalto
103
3.5.6 ENSAYO DE CANTABRO
Norma: NLT-352/00
Temperatura Muestra P1 P2 P(%) Especificación
E1 1.105,00 774,66 29,90
E2 1.100,00 880,42 19,96
E3 1.133,00 960,80 15,20
E4 1.115,00 794,60 28,74
Promedio: 23,45 %
Donde:
P1= masa inicial de la probeta en gramos
P2= masa final de la probeta en gramos
P= valor de la perdida por desgate, en porcentaje
25ºC
ENSAYO DEL CANTABRO
< 25 %
Tabla 3.11: Ensayo Cántabro Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
Las mezclas ensayadas con el método del cántabro, el cual evalúa el
envejecimiento y la pérdida de adherencia entre el agregado y el ligante,
cumple con los objetivos planteados.
104
3.5.7 ENSAYO DE CANTABRO HUMEDO
Norma: NLT-362/92
Temperatura Muestra PS PA P (%) Especificación
60ºC M1 58,88 26,33 2,24
inmersión M2 45,97 26,92 1,71
25ºC M3 40,83 15,81 2,58
secado
Promedio: 48,56 %
Donde:
M1= masa inicial de la probeta en gramos
M2= masa final de la probeta en gramos
P= valor de la perdida por desgate, en porcentaje
ENSAYO DEL CANTABRO HUMEDO
< 40 %
Tabla 3.12: Ensayo Cántabro Húmedo Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
En el ensayo de Cántabro Húmedo en nuestra mezcla no cumple con la
especificación otorgada para este material.
En el ensayo del cántabro húmedo, no es significativa la diferencia en peso
que se obtiene, ya que en los procesos anteriores se determina que
cumplimos con el porcentaje de vacíos determinado para este tipo de
muestras.
105
3.5.8 ENSAYO DE PERMEABILIDAD
Norma: NLT-327/00
Muestra a (cm2) L (cm) A (cm2) T (s) H1 (cm) H2 (cm) Tc K (x10-3 cm/s)
1 0,20 7,20 81,43 10,00 26,90 1,00 0,99 5,804
2 0,20 7,20 81,43 10,00 26,60 1,00 0,99 5,784
3 0,20 7,20 81,43 10,00 26,50 1,00 0,99 5,778
1 0,20 7,22 81,88 10,00 24,70 1,00 0,99 5,638
2 0,20 7,22 81,88 10,00 24,70 1,00 0,99 5,638
3 0,20 7,22 81,88 10,00 248,00 1,00 0,99 9,705
1 0,20 7,08 78,74 10,00 24,30 1,00 0,99 5,720
2 0,20 7,08 78,74 10,00 24,10 1,00 0,99 5,705
3 0,20 7,08 78,74 10,00 24,20 1,00 0,99 5,712
Promedio: 6,16 x10-3 cm/s
Donde:
K= coeficiente de permeabilidad
a= area interna de la bureta e carga variable
L= altura de la muestra
A= area de la muestra
t= Tiempo del recorrido de la carga de agua entre H1 y H2
h1= lectura inicial de la bureta
h2= lectura final de la bureta
tc= factor de corrección de temperatura para la viscosidad del agua
A
B
C
ENSAYO DE PERMEABILIDAD
Tabla 3.13: Ensayo Permeabilidad Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
106
3.5.9 ENSAYO DE PELADURA
Norma: ASTM D1664-80
Muestra A B C
M1 420,20 311,60 74,16
M2 422,71 304,00 71,92
M3 531,50 355,84 66,95
Promedio: 71,01 %
Donde:
A= masa inicial de la probeta en gramos
B= masa de árido cubierto despues del ensayo
C= porcentaje de árido cubierto
ENSAYO DE PELADURA
Tabla 3.14: Ensayo Peladura Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
Este método, requiere una evaluación subjetiva del resultado del ensayo, y
cuya expresión se limita solamente a dos condiciones, no se presta a un
estudio estadístico convencional. Debe ser considerado como un ensayo del
tipo (apto o no apto) para el nivel 95%, por tanto, no se intentara evaluar el
porcentaje de superficie que permanece cubierta si éste es menor a 95%.
107
3.6 ANALISIS DE RESULTADOS
3.6.1 FORMULA IDEAL
Una vez seleccionados los áridos proveniente de la mina El Colibrí, es
necesario optar por la gradación correcta o formula maestra para el diseño de
las mezclas drenantes.
Las distintas fracciones de áridos deberán combinarse en proporciones tales
que la mezcla resultante cumpla con el huso granulométrico especificado y
descrito anteriormente.
Tomando en cuenta estos detalles se procede a la obtención de la formula
maestra.
La fórmula ideal para un diseño de mezcla drenante se la determina luego de
haber calificado cada elemento que va a intervenir en la mezcla, para lo cual se
realizaron los ensayos, los mismos que se encuentran normados.
Con los resultados obtenidos, se procede a realizar la definición de los
porcentajes a incluirse en la muestra final.
3.6.1.1 Agregados
Una vez realizadas las granulometrías correspondientes se determina que se
utilizará el agregado de tamaño máximo nominal TMN 3/4’’, el mismo que es
proveniente de la mina del Colibrí.
108
0% 85% 15% 0%
M-1 M-2 M-3 4 M-1 M-2 M-3 4 MIN. MAX. MIN. MAX.
3/4" 76,64 100 100 0 85 15 100 100 100 100 100 8 ±
1/2" 52,92 70,4 100 0 57 15 72 70 100 70 80 8 ±
3/8" 8,88 61,1 100 0 49 15 64 50 75 56 72 8 ±
No. 4 1,47 29,2 100 0 1 15 16 15 32 15 23 7 ±
No. 10 0 0 87 0 0 13 13 9 20 9 19 6 ±
No. 40 0 0 77,5 0 0 12 12 5 12 7 12 5 ±
No. 200 0 0 24 0 0 4 4 3 7 3 7 3 ±
COMBINACION DE AGREGADOS
TAMIZ
GRANULOMETRIA INDIVIDUAL
FRACCION:
PORCENTAJE DE APORTE
COMB.ESPECIFICACION FAJA TRABAJO TOLERA
NCIAS
Tabla 4.10: Granulometría Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No. 10 No. 40 No. 200
COMB. 100 72 64 16 13 12 4
ESP. MIN. 100 70 50 15 9 5 3
ESP. MAX 100 100 75 32 20 12 7
TRAB. MIN 100 70 56 15 9 7 3
TRAB. MAX 100 80 72 23 19 12 7
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Q
UE
PA
SA
CURVA GRANULOMETRICA
Gráfico 4.1: Curva Granulométrica Mezcla Asfáltica
Para este diseño se trabajará con un porcentaje de agregado de TMN ¾’’
igual al 100%.
109
3.6.1.2 Porcentaje de Asfalto
El porcentaje óptimo de asfalto, definido gráficamente es del 4.00%. El mismo
que es el punto máximo de la curva en la gráfica peso unitario vs porcentaje de
asfalto.
2,183
2,213
2,256 2,251
2,247
2,160
2,180
2,200
2,220
2,240
2,260
2,280
2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00
PE
SO
UN
ITA
RIO
% DE ASFALTO
Gráfico 4.2: Peso Unitario vs % de Asfalto
Por lo tanto él porcentaje de asfalto a utilizarse en el diseño será del
4.00%.
110
3.6.1.3 Porcentajes óptimos de la fórmula ideal
Fórmula Maestra
Agregado - Mina Colibrí 100.0 % (peso seco)
Emulsión AP 4.0 % (respecto al peso del agregado seco)
Tabla 4.2: Fórmula Maestra Mezcla Asfáltica
Fuente: José Enrique Nazareno.
111
CAPITULO IV
4. ANALISIS DE COSTOS
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Proponente: Sr. Jose Enrique Nazareno S.
Rubro: MEZCLA CONVENCIONAL Rendimiento: 0,06 Unidad: Metro Cuadrado Fecha: ago-14
EQUIPOS
Código Descripción Cantidad Costo/Hora Costo Total Costo m2 Porcentaje
A B C=AxB D=CxK
Planta de Asfalto 1,000 160,000 160,000 8,880 11,78%
Cargadora Frontal 1,000 45,000 45,000 2,498 3,31%
Rodillo Tandem Vibratorio 1,000 30,000 30,000 1,665 2,21%
Rodillo Neumatico 1,000 32,000 32,000 1,776 2,36%
Volqueta de 8 m3 2,000 15,000 30,000 1,665 2,21%
Escoba Mecanica 1,000 25,000 25,000 1,388 1,84%
Finisher 1,000 50,000 50,000 2,775 3,68%
Herramienta manual 1,000 10% Mano de Obra 0,440 0,58%
SUBTOTAL M: 21,086 27,96%
MANO DE OBRA
Código Descripción Cantidad Costo Horario Costo Hora Costo Unitario Porcentaje
A B C=AxB D=CxK
Operador Grupo 1 3,000 2,560 7,680 0,426 0,57%
Operador Grupo 2 3,000 2,540 7,620 0,42 0,56%
Ayudante de Maquinaria 6,000 2,470 14,820 0,82 1,09%
Chofer Tipo E 2,000 3,770 7,540 0,42 0,55%
Peon Cat I 16,000 2,440 39,040 2,17 2,87%
Macanico 1,000 2,560 2,560 0,14 0,19%
SUBTOTAL N: 4,40 5,83%
MATERIALES
Código Descripción Unidad Cantidad P. Unitario Costo Porcentaje
Asfalto gal 16,000 1,152 18,432 24,44%
Piedra 1/2 m3 0,510 10,550 5,381 7,13%
Cisco m3 0,308 9,530 2,935 3,89%
Piedra 3/8 m3 0,278 9,869 2,744 3,64%
Diesel gal 12,000 0,929 11,148 14,78%
SUBTOTAL O: 40,639 53,89%
TRANSPORTE
Código Descripción Unidad Cantidad Tarifa Costo Porcentaje
Asfalto 16,00 0,12 1,97 2,61%
Mezcla Asflatica 20,00 1,20 0,28 6,72 8,91%
Diesel 12,00 0,05 0,60 0,80%
SUBTOTAL P: 9,288 12,32%
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P): 75,41 100,00%
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN I. V. A. INDIRECTOS + UTILIDADES (20%): 15,08 20,00%
COSTO TOTAL DEL RUBRO: 90,49 120,00%
112
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Proponente: Sr. Jose Enrique Nazareno S.
Rubro: MEZCLA DRENANTE Rendimiento: 0,06 Unidad: Metro Cuadrado Fecha: ago-14
EQUIPOS
Código Descripción Cantidad Costo/Hora Costo Total Costo m2 Porcentaje
A B C=AxB D=CxK
Planta de Asfalto 1,000 160,000 160,000 8,880 11,78%
Cargadora Frontal 1,000 45,000 45,000 2,498 3,31%
Rodillo Tandem Vibratorio 1,000 30,000 30,000 1,665 2,21%
Rodillo Neumatico 1,000 32,000 32,000 1,776 2,36%
Volqueta de 8 m3 2,000 15,000 30,000 1,665 2,21%
Escoba Mecanica 1,000 25,000 25,000 1,388 1,84%
Finisher 1,000 50,000 50,000 2,775 3,68%
Herramienta manual 1,000 10% Mano de Obra 0,440 0,58%
SUBTOTAL M: 21,086 27,96%
MANO DE OBRA
Código Descripción Cantidad Costo Horario Costo Hora Costo Unitario Porcentaje
A B C=AxB D=CxK
Operador Grupo 1 3,000 2,560 7,680 0,426 0,57%
Operador Grupo 2 3,000 2,540 7,620 0,42 0,56%
Ayudante de Maquinaria 6,000 2,470 14,820 0,82 1,09%
Chofer Tipo E 2,000 3,770 7,540 0,42 0,55%
Peon Cat I 16,000 2,440 39,040 2,17 2,87%
Macanico 1,000 2,560 2,560 0,14 0,19%
SUBTOTAL N: 4,40 5,83%
MATERIALES
Código Descripción Unidad Cantidad P. Unitario Costo Porcentaje
Asfalto gal 18,000 1,152 20,736 27,50%
Piedra 1/2 m3 0,410 10,550 4,326 5,74%
Cisco m3 0,310 9,530 2,954 3,92%
Piedra 3/8 m3 0,480 9,869 4,737 6,28%
Diesel gal 12,000 0,929 11,148 14,78%
SUBTOTAL O: 43,901 58,21%
TRANSPORTE
Código Descripción Unidad Cantidad Tarifa Costo Porcentaje
Asfalto 16,00 0,12 1,97 2,61%
Mezcla Asflatica 20,00 1,20 0,28 6,72 8,91%
Diesel 12,00 0,05 0,60 0,80%
SUBTOTAL P: 9,288 12,32%
TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P): 78,67 104,33%
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN I. V. A. INDIRECTOS + UTILIDADES (20%): 15,73 20,00%
COSTO TOTAL DEL RUBRO: 94,41 124,33%
113
4.1 ANALISIS DE COSTO BENEFICIO
A continuación se realiza un análisis de costo beneficio entre el pavimento
normal y el pavimento drenante.
4.1.1 PAVIMENTO NORMAL
Basado en manual de normas ecuatorianas viales (NEVI 2012) el tiempo
especificado para rehabilitar una vía, se detallan los siguientes datos:
Vida útil del pavimento = 7 a 8 años
Tiempo de vida útil del tratamiento = 2 a 3 años
4.1.2 PAVIMENTO POROSO
Mediante estudios realizados por laboratorios colombianos y españoles se
considera:
Tiempo de vida útil del tratamiento: 3 a 5 años
4.1.3 ANALISIS COMPARATIVO
Con los datos descritos elaboramos la siguiente tabla:
Años Pavimento Normal Pavimento Poroso
0 75,41 78,67
1 90,41 89,67
2 105,41 104,67
3 120,41 119,67
4 135,41 134,67
5 150,41 149,67
6 165,41 164,67
7 180,41 179,67
Tabla 4.3: Análisis Comparativo
Fuente: José Enrique Nazareno.
114
Gráfico 4.3: Pavimento Normal vs Pavimento Poroso
Este trabajo comprobó que los resultados obtenidos por el comportamiento de
esta mezcla asfáltica drenante fueron positivos, cumpliendo con los parámetros
de diseño Marshall y respectiva prueba de permeabilidad.
Los resultados que se alcanzaron en los ensayos de laboratorio permiten
validar la hipótesis propuesta ya que:
Se comprobó que se puede diseñar una mezcla asfáltica drenante como capa
de rodadura en este medio y con los agregados que se obtienen de la cantera
estudiada, junto con la relación del volumen de asfalto utilizado.
Se demuestra que en laboratorio se ha validado la hipótesis dejando claro que
este diseño de mezcla asfáltica drenante se puede aplicar en las carreteras del
país.
115
CAPITULO V
5.1 CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES
5.1.1 CONCLUSIONES
Las muestras ensayadas corresponden a la mina del Colibrí, las cuales
cumplen satisfactoriamente con las especificaciones vigentes.
Se utilizó el método Marshall para el diseño de las mezclas drenantes,
ya que este método se encuentra estipulado en la normativa ecuatoriana
y del cual se pudo determinar el contenido óptimo de asfalto y el
porcentaje de vacíos de la mezcla.
Las mezclas ensayadas con el método del cántabro, el cual evalúa el
envejecimiento y la pérdida de adherencia entre el agregado y el ligante,
cumple con los objetivos planteados.
Es necesario realizar un asfalto modificado para que cumpla con los
requisitos necesarios de envejecimiento y de adherencia.
Se confirma que para conseguir altas porosidades y buena resistencia a
la disgregación de las mezclas asfálticas drenantes, solo es posible con
el empleo de asfaltos modificados.
Los agregados utilizados en esta investigación cumplen con las
características necesarias para este tipo de pavimentos.
La evacuación de aguas superficiales mediante el ensayo de
permeabilidad demostró que la mezcla asfáltica drenante estudiada
cumple con su objetivo característico.
Para requerimientos que los materiales debían cumplir, se tomaron las
normas colombianas, ya que estas exponen los parámetros más
significativos de los materiales.
116
Se obtiene un porcentaje de asfalto óptimo de 4.00%, de acuerdo a los
ensayos realizados por el método Marshall.
De acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto tenemos un porcentaje de
vacíos de 22.00%, el mismo que cumple con las especificaciones
recomendadas.
Al evaluar la susceptibilidad de la mezcla en el método del cántabro, se
puede tener un mejor indicativo del comportamiento que presentara la
mezcla en campo al ser sometida a mayores temperaturas.
En el ensayo de Cántabro Húmedo en nuestra mezcla no cumple con la
especificación otorgada para este material.
En el ensayo del cántabro húmedo, no es significativa la diferencia en
peso que se obtiene, ya que en los procesos anteriores se determina
que cumplimos con el porcentaje de vacíos determinado para este tipo
de muestras.
En el ensayo de Cántabro Seco nuestra mezcla cumple con la
especificación necesaria para este tipo de mezclas.
Se cumple con el objetivo planteado de establecer parámetros para el
diseño básico de un pavimento permeable.
Se estudia nuevos métodos de diseño para la elaboración de mezclas
asfálticas porosas.
No se utiliza el filler porque en la curva granulométrica del material se
evidencia su buen huso granulométrico.
El método de Cántabro es un método el cual puede ser tomado como un
patrón o comparación de medida para elaborar este tipo de pavimento,
el mismo nos indica el porcentaje de desgaste en contacto con el agua
del material a utilizarse.
117
5.1.2 RECOMENDACIONES
Se debe tener mucho cuidado en el agregado, ya que se extraería de
diferentes lugares de la zona de acopio, los mismos que al ser
transportados se pudieran fracturan debido a la manipulación del mismo.
Realizar las granulometrías con el material seco, para que no se alteren
los valores en los ensayos.
Utilizar metodologías adicionales a la tradicional como lo es el método
Cántabro, para tener una comparación con este método y mejorar esta
metodología para nuestro país.
Añadir un aditivo al asfalto ecuatoriano, el mismo que mejore la relación
entre los áridos y el ligante, porque en el ensayo del cántabro húmedo
no cumple con la especificación recomendada.
Llevar un estricto control de la temperatura en el momento de la
fabricación de este tipo de mezclas, para que los termómetros
proporcionen lecturas reales y así no sobre calentar el asfalto, pues si
esto sucede perdería sus propiedades ligantes.
Los agregados deben reunir características similares a las exigidas para
otros tipos de mezclas.
Realizar una relación costo beneficio como tema de trabajo con el fin de
encontrar la posibilidad de aplicación de este tipo de mezclas en las
carreteras del país.
Investigar y proponer métodos aplicables a las mezclas drenantes para
poder trabajar en el país.
118
Realizar una investigación en un tramo con mezcla drenante en la
carpeta de rodadura, para determinar la perdida de las propiedades
drenantes a lo largo de su vida útil.
Mejorar el coeficiente de fricción, se debe colocar este tipo de pavimento
en tramos donde la velocidad de diseño se pueda reducir.
Debido a que la permeabilidad es alta, colocar este pavimento donde la
pluviosidad sea muy elevada, por ejemplo en zonas urbanas.
Realizar la clasificación y ensayos con otro tipo de material para el
método del cántabro, de acuerdo a los agregados que tenemos en el
país.
Realizar un cuadro de tolerancia y curvas granulométricas con otro tipo
de material, por ejemplo con materiales de conglomerados y tipo de
aluviales; para tener una referencia del método.
119
5.2 BIBLIOGRAFIA
Alamilla, Anguas, Mendez, Oropeza. (2006). Infkuencia de las Granulometria
en las Propiedades Volumétricas de la Mezcla Asfáltica. Lima: Sanfadila.
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Mexico: Collecion Escuelas.
Camaniero, R. (2006). Dosificación de mezclas. Quito.
Española, N. (2000). Mezclas Bituminosas y Pavimentos de Hormigón. Madrid.
G. Juyar, G. P. (2001). Comparación de Mezclas Asfalticas Drenantes
Fabricadas con asfalto modificado y sin modificar. Mexico: McGraw-Hill.
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Haba, E. G. (2011). Control de Escorrentias Urbanas Mediante Pavimentos
Permeables: Aplicación Climas Mediterraneos. Valencia: Universidad
Politécnica.
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Paviemnto. EUA: Instituto del Asfalto.
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Ciudad de Guatemala : McGraw-Hill.
Jiménez, F. P. (1991). Ensayo de Cántabro Para Mezclas drenantes.
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120
Larson, T. (1963). Concretos de cemento Portland y Asfalticos. Mexico:
Continental.
Linares, Moran, Peñate. (2010). Diseño de Mezcla Asfáltica Semicaliente
Drenante en el Salvador. Santa Ana: UDS.
MTOP. (2002). Manual de Especificaciones Generales Para La Construcción
de Caminos Y Puentes MOP-001-F-2002. Quito: MTOP.
MTOP. (2012). Normas Ecuatorians Viales NEVI-2012. Quito: MTOP.
Muñoz y Ruiz. (2001). Metodología de Diseño y Colocación de Mezclas
Drenantes. Valencia: Universidad Politécnica.
Nilson, A. (2001). Diseño de Estructuras de Concreto Asfáltico. Bogotá:
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Ordoñez, M. (2006). Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos. Lima: ICG.
PÚBLICAS, C. D. (2000). Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas
por medio del ensayo cántabro de perdida por desgaste NLT-352/00.
España.
PÚBLICAS, C. D. (2000). Permeabilidad in situ de Pavimentos Drenantes con
el Permeámetro LCS NLT-327/00. España.
PÚBLICAS, C. D. (2000). Resistencia a la Deformación plástica de Mezclas
Bituminosas empleando el aparato Marshall NLT-159/00. España.
PÚBLICAS, C. D. (2000). Resistencia al Desgaste de los Áridos por medio de
la Maquina de Loa Angeles NLT-149/91. España.
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composición del Llenante Convencional para Finos. Mexico.
Rojas y Ruiz. (2005). Metodología de diseño y Colocación de Mezclas
Drenantes. Mexico: Espinoza.
121
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Técnica Federico Santa Marìa.
URBANISMO, M. D. (2008). Código de Normas y Especificaciones Técnicas de
Obras de Pavimentación. Santiago de Chile: CDU.
5.3 ANEXOS
5.3.1 NORMA NLT-327/00
122
123
124
5.3.2 NORMA NLT-352/86
125
126
5.3.3 NORMA NLT-362/92
127
128
129
5.3.4 NORMA NLT-365/93
130
131
132
5.3.5 NORMA NLT-166/92
133
134
135
5.3.6 HISTORIAL FOTOGRAFICO
Fotografía 3.1: Juego de tamices
Fotografía 3.2: Agregado a utilizarse
136
Fotografía 3.3: Agregados secados en horno
Fotografía 3.4: Pesado de materiales
137
Fotografía 3.5: Equipo utilizado para Gravedades Especificas
Fotografía 3.6: Peso de muestra sumergida
138
Fotografía 3.6: Peso de muestra sumergida
Fotografía 3.7: Muestras para Briquetas
139
Fotografía 3.8: Muestra Caliente para elaboración Briquetas
Fotografía 3.9: Agregados a temperatura constante para elaboración Briquetas
140
Fotografía 3.10: Mezcla de agregados para elaboración Briquetas
Fotografía 3.11: Briquetas elaboradas al 3% de contenido de asfalto
141
Fotografía 3.12: Peso de Briquetas con diferentes contenidos de asfalto
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